基于可调分光比光纤全谱反射镜的准分布白光干涉应变传感系统技术方案

本发明专利技术提供了可调分光比光纤全谱反射镜而构成的准分布式白光干涉应变传感器系统。该准分布式白光干涉应变传感器系统包括宽谱光源、光纤环形器、连接光纤、2×2光纤耦合器、固定参考臂的定长光纤部分和配长光纤部分、可调分光比光纤全谱反射镜、可调参考臂、自聚焦光纤准直镜、移动镜、步进电机、光电探测器、数据采集卡和计算机。导引光纤是连接主体部分与传感器的光纤，导引光纤的长度与传感光纤的长度差大于几厘米以上。传感器由两个可调分光比的光纤全谱反射镜和传感光纤组成。传感器可以级联多个构成分布式传感器，从而实现多点分布式测量。本发明专利技术实现了对透射光和反射光的分光比的良好控制，具有结构稳定、环境适应性好、可移植性好、适合工程化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微米形变测量传感器，是一种基于可调分光比光纤全谱反射镜的准分布白光干涉应变传感器及其测量系统。
技术介绍
传统的光纤全谱反射镜是一种在切平的光前端面上镀铬膜或铝膜，再与另外一个切平的光纤端面紧配合在同一个玻璃套管中，通过调节与另一个光纤端面之间形成的空气间隙来调节反射光和透射光的分光比例，又称为分光比。这样构成的全谱反射镜尽管可以把入射光按一定的比例分为反射光和透过光，但是难以实现对分光比的精细控制。因为空气间隙容易受到环境温度、湿度等的影响，进而影响其分光比。这种办法制作的光纤全谱反射镜具有制作复杂、性能不稳定、不易工程化使用等缺点，因而一直无法应用到实践当中。另一种办法就是使用啁啾光纤光栅制作的光纤全谱反射镜，这样制作的全谱反射镜需要在大约10厘米左右的光纤长度上实现，也不能够应用于白光干涉仪中，因此研究分光比稳定的光纤全谱反射镜就成为准分布白光干涉应变传感器在实际工程中应用的关键。
技术实现思路
本专利技术提供了一种分光比可调、性能稳定、可工程化的、光纤全谱反射镜，以及基于该可调分光比光纤全谱反射镜而构成的准分布白光干涉应变传感器系统。本专利技术采用的技术方案如下该准分布白光干涉应变传感器包括主体部分、导引光纤和传感器三部分。主体部分包括宽谱光源、光纤环形器、连接光纤、2X2光纤耦合器、固定参考臂的定长光纤部分和配长光纤部分、可调分光比光纤全谱反射镜、可调参考臂的光纤部分和空气光程部分、自聚焦光纤准直镜、移动镜、步进电机、光电探测器、数据采集卡和计算机。其中固定参考臂是由定长光纤、配长光纤和可调分光比的光纤全谱反射镜组成，定长光纤的光程等于可调参考臂光纤部分加上空气部分的总光程，配长光纤的长度与传感光纤长度相寸。导引光纤是连接主体部分与传感器的光纤，导引光纤的长度与传感光纤的长度差大于几厘米以上，在不对测量造成影响的前提下，其长度能够任意调节。传感器是由两个可调分光比的光纤全谱反射镜和传感光纤组成，光纤全谱反射镜由2X2光纤耦合器组成，包括耦合部分和环接部分组成。传感光纤是根据需要选定的特殊光纤，比如抗弯光纤等，传感光纤的长度可以根据测量的需要选择相应的长度；在传感光纤的输入端接上第一可调分光比的光纤全谱反射镜，在传感光纤的输出端接上第二可调分光比的光纤全谱反射镜，构成传感器；这样的传感器可以级联多个构成准分布式应变传感器， 从而实现多点分布式测量。而且传感器的多级级联可以共用一个可调参考臂的配长光纤， 形成由不同尺度的传感光纤构成准分布白光干涉应变传感系统。级联的多个传感器的最长传感光纤和最短传感光纤长度之差，要小于可调参考臂空气部分的光程除以传感光纤的光学折射率。宽谱光源经过第一连接光纤连接到光纤环形器的一个输入端后，光纤环形器的输出端通过第1导引光纤连接到传感器上，光纤环形器的另一输入端通过第二连接光纤连接到一个2X2光纤耦合器上；光纤耦合器的一个输出端连接到固定参考臂的定长光纤上，该定长光纤又与配长光纤相连后连接到第三可调分光比的光纤全谱反射镜上。2X2光纤耦合器的另一个输出端连接到可调参考臂的光纤部分；可调参考臂的光纤部分再连接到自聚焦光纤准直器上，自聚焦光纤准直器与移动镜之间形成准直光路； 2X2光纤耦合器输入端通过第三连接光纤连接到光电探测器上；光电探测器与数据采集卡相连，计算机获取数据实现对步进电机的精细控制。下面详细叙述等光程的构成光程1为传感器的光程，设为A ；光程2为导引光线光程，设为B ；光程3为可调参考臂的总光程，设为C ；光程4为固定参考臂的定长光纤部分加光程，设为D ；光程5为固定参考臂的配长光纤部分光程，设为E ；设为A+B+C = B+D+E。由于左右两边都含有B，所以B不会对测量产生影响，正是这一特点为远距离测量提供了可能，使得导引光纤能够延伸而不会对测量产生误差。又因为传感光纤光程A和固定参考臂的配长光纤光程E相等，这样传感光纤的长度可以根据需要任意的选择，只要选择等长的固定参考臂的配长光纤使两者光程相等，既可以进行相应的形变测量。本专利技术采用了可调分光比光纤全谱反射镜，实现了对透射光和反射光的分光比的良好控制，具有结构稳定、环境适应性好、可移植性好、适合工程化。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图中1宽谱光源；2第一连接光纤；3光纤环形器；4导引光纤；5第一可调分光比光纤全谱反射镜；6传感光纤；7第二可调分光比光纤全谱反射镜；8第二连接光纤；92 X 2光纤耦合器；10固定参考臂的定长光纤部分；11FC/APC接头；12固定参考臂的配长光纤部分；13第三可调分光比光纤全谱反射镜；14可调参考臂的光纤部分；15自聚焦光纤准直器；16可调参考臂的空气部分；17移动镜；18步进电机；19第三连接光纤；20光电探测器；21数据采集卡；22计算机。图2是可调分光比光纤全谱反射镜示意图。图2中的光程为光线从I端进入，经I -III-IV-I和I-IV-III-I返回，实现光纤全谱反射镜功能；经I-III-IV-II和I-IV-III-II 实现光纤全谱透射镜功能。若耦合器的分光比为a b，则光纤全谱反射和全谱透射的比， 即分光比为2ab (a2+b2)图3是本专利技术实际测量的两个白光干涉图。A图为发生形变前的步进电机位置；B图为发生形变后的步进电机位置。图4是基于可调分光比光纤全谱反射镜的分布式光纤白光干涉结构图。图5是基于可调分光比光纤全谱反射镜的分布式光纤白光干涉的等效原理图。具体实施例方式实施例1 基于可调分光比光纤全谱反射镜的单个白光干涉传感器的形变测量基于可调分光比光纤全谱反射镜在这个基于可调分光比光纤全谱反射镜中，一个分光比为a b的2X2光纤耦合器所构成的光纤全谱反射镜如图2所示。因为光纤耦合器的分光比的确定是根据入射光纤端子确定的，也就是说分光比为a的子总端是和入射光的端子在同一侧。即自I端入射的光强IA，则在III端获得光强为aIA ；而当同样的光强从入射端子II端入射时，则IV端获得的光强为aIA。这样当入射光从I端入射到2X2耦合器中时，III和IV端的光强分别为aIA*bIA。而III端的光经过环接部分接到IV端时， 会再次经过分光比为a b的2X2耦合器，此时II端获得的光强为a2IA;而另一方面IV 端的光强也经过同一个环接部分接到同一个2X2耦合器上的III端，这样IV端在II端上的分光为b2IA。综合上面的分光规律，在II端获得的总的光功率为L= (a2+b2)IA。被反射回I端得光强为(l-a2-b2) Ia = 2abIA(因为a+b = 1)。特别的，若a b = 50 50，则在 II端得的光功率与I端入射的光强Ia之间的关系为:IB = (a2+b2) Ia = (0. 25+0. 25) Ia = 0. 5Ia，也就是说有50%的光强可以传递到II端。同样反射回I端得光强也是0. 5Ia。传感器和主体系统光强从第一可调分光比光纤全谱反射镜5透射后，经过传感光纤6接到第二可调分光比光纤全谱反射镜7，光从第二可调分光比光纤全谱反射镜7反射后再一次经过传感光纤6回到第一可调分光比光纤全谱反射镜5，经过第1导引光纤4、光纤环形器3和第二连接光纤8，连接到一个50 50分光的2X2光纤耦合器9的一个入射端上本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于可调分光比光纤全谱反射镜的准分布白光干涉应变传感系统，该准分布白光干涉应变传感系统包括主体部分、导引光纤和传感器三部分；其特征在于，主体部分包括宽谱光源、光纤环形器、连接光纤、２×２光纤耦合器、固定参考臂、可调参考臂的光纤部分、自聚焦光纤准直镜、可调参考臂的空气光程部分、移动镜、步进电机、光电探测器、数据采集卡和计算机；其中固定参考臂是由定长光纤和配长光纤组成，定长光纤的光程等于可调参考臂光纤部分加上空气部分的总光程，配长光纤的长度与传感光纤长度相等；导引光纤的长度与传感光纤长度之差在光源的相干范围之外，其长度能够任意调节的光纤；传感器由两个可调分光比的光纤全谱反射镜和传感光纤组成，光纤全谱反射镜由２×２光纤耦合器组成，包括耦合部分和环接部分组成；传感光纤是根据需要选定的特殊光纤，比如抗弯光纤等，传感光纤的长度可以根据测量的需要选择相应的长度，在传感光纤的输入端接上第一可调分光比的光纤全谱反射镜，在传感光纤的输出端接上第二可调分光比的光纤全谱反射镜，构成传感器；宽谱光源经过第一连接光纤连接到光纤环形器的一个输入端后，光纤环形器的输出端通过第一导引光纤连接到传感器上，光纤环形器的另一输入端通过第二连接光纤连接到一个２×２光纤耦合器上；光纤耦合器的一个输出端连接到固定参考臂的定长光纤上，该定长光纤又与配长光纤相连后连接到第三可调分光比的光纤全谱反射镜上；２×２光纤耦合器的另一个输出端连接到可调参考臂的光纤部分；可调参考臂的光纤部分再连接到自聚焦光纤准直器上，自聚焦光纤准直器与移动镜之间形成准直光路；２×２光纤耦合器输入端通过第三连接光纤连接到光电探测器上；光电探测器与数据采集卡相连，计算机获取数据实现对步进电机的精细控制。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张平磊，孙长森，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91