專利名稱：低相干絞扭式類Sagnac光纖形變傳感裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種光纖形變傳感裝置，屬于光纖傳感技術領域，具體涉及一種基于光學低相干干涉的測量技術的分布式測量形變的傳感裝置。
背景技術：
光纖傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比，具有抗電磁干擾能力強、耐高溫、耐高壓、抗化學腐蝕能力強、輕巧、靈敏度高、損耗低及易于實現(xiàn)分布傳感等優(yōu)勢，自20世紀70年代中期開始研究，至今已成長為年成交額超過10億美元、預計將于2010年擁有超過50億美元市場的新興產業(yè)。據(jù)由美國光學工程師學會(OSA)主辦的一年一度的國際光纖傳感會議(OFS)第15屆會議統(tǒng)計，應力形變光纖傳感器以28％的市場份額成為光纖傳感器市場的領航者。分布式光纖形變應力傳感器由于其在新型飛機、航天飛行器的設計過程中，以及在橋梁、建筑與水利工程的健康監(jiān)測中廣泛而重要的應用，受到了各國的普遍關注和重視?；贔BG的準分布式光纖形變傳感器只能在有限點處實現(xiàn)對形變的測量，無法實現(xiàn)真正意義上的分布式測量，例如公開號CN 1680838A，名稱為“多模光纖光柵傳感器系統(tǒng)”等；采用大功率相干光源，基于喇曼散射和布里淵散射的分布式光纖傳感器雖然傳感距離較長，但造價昂貴，例如公開號CN 1400453A，名稱為“分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)”；而基于光學低相干干涉分布式光纖應變傳感器，由于其信號檢測利用了光學低相干干涉原理，具有能實現(xiàn)對形變的準分布絕對測量、成本低等優(yōu)點，成為這幾種分布式傳感器中性價比較高的一類。形變、應變和溫度一直是智能材料或智能結構中最感興趣的重要參量，光纖低相干干涉技術為這些參數(shù)的監(jiān)測提供了有效的測量方法。基于Michelson，Mach-Zehnder和Sagnac干涉儀的基本結構，結合低相干干涉光程匹配技術，可實現(xiàn)對多傳感器的解調和問詢，從而很方便的實現(xiàn)多路相干復用。

發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種能夠實現(xiàn)對結構的形變進行分布式絕對測量、低成本，并能同時克服光損耗、溫度影響和斷點造成的系統(tǒng)失效等困難的低相干絞扭式類Sagnac光纖形變傳感裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的包括光源1、光電探測器2、耦合器、高反射端面單模光纖4、自聚焦透鏡5、掃描反射鏡6、單模光纖傳感臂7和單模置出光纖9，光源和光電探測器連接在一個耦合器的一側，該耦合器的另一側接到一個閉合環(huán)路中，在這個環(huán)路中通過2×2耦合器3將各段單模光纖傳感臂7串聯(lián)組成閉合環(huán)路，高反射端面單模光纖4和單模置出光纖9分別從環(huán)路中置出，光纖9通過自聚焦透鏡5和掃描反射鏡6構成用來解調經(jīng)過光纖傳感臂7的光程差的解調端，一部分光經(jīng)過高反射端面單模光纖4后原路返回到光電探測器2。
本發(fā)明還可以包括1、所述的與光源和光電探測器連接的耦合器是2×2耦合器10，光源1和光電探測器2通過自聚焦透鏡5并聯(lián)在耦合器10的一側，閉合環(huán)路中設置有偏振控制器8。
2、所述的與光源和光電探測器連接的耦合器是1×2耦合器11，一個分光鏡12把光源1和光電探測器2集成后再與耦合器11相連。
3、所述的光源是寬譜低相干LED光源。
本發(fā)明的基本原理是基于低相干干涉測量技術，各路低相干光會經(jīng)過閉合環(huán)路中的各段傳感臂，一部分光經(jīng)過高反射端面單模光纖4后原路返回到光電探測器2，一部分光會經(jīng)過調制端反射沿另外一路返回到光電探測器2，可選擇任何一個光路作為參考光路，再通過掃描反射鏡6的移動來調解兩路光的光程差，使得相互匹配。這樣就可以實現(xiàn)解調端對各段傳感臂的問詢。在閉合環(huán)路的干路中串聯(lián)一個偏振控制器，是為了解決偏振態(tài)造成的影響。
本發(fā)明的有效效果是1.基于低相干干涉的測量技術，實現(xiàn)對結構形變進行分布式絕對測量、成本低；2.多個2×2(3db)耦合器把各段傳感器串聯(lián)于閉合環(huán)路中(構成絞扭式結構)，可以實現(xiàn)解調端對各段傳感器的多路問詢、每一對光纖段還能實現(xiàn)彼此的溫度補償。此外，這種連接方式還可以克服單斷點所導致傳感系統(tǒng)失效的問題；3.由于采用了閉合環(huán)路拓撲結構，所以可以減少光損失，提高多路相干復用能力；
4.解調端單獨置出，用來問詢經(jīng)過各段傳感器的光程差，采用單向自聚焦透鏡-掃描反射鏡，更加容易安裝和調整。
本發(fā)明能夠實現(xiàn)對結構的形變進行分布式絕對測量、低成本，并能同時克服光損耗、溫度影響和斷點造成的系統(tǒng)失效等困難。
本發(fā)明可用于智能結構中進行健康評估與監(jiān)測(如樓房、橋梁、大壩等大型建筑物，也可用于海洋石油平臺、油田及航空等結構物的形變監(jiān)測)，從而防止工程事故的發(fā)生，可以對形變、溫度、應力等物理量單點或分布式測量。


圖1和圖2是本發(fā)明的兩種具體實施方式
的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述結合圖1，本發(fā)明的第一種實施方式包括寬譜低相干LED光源1、光電探測器2、2×2(3db)耦合器10、2×2(3db)耦合器3、高反射端面單模光纖4、自聚焦透鏡5、掃描反射鏡6、單模光纖傳感臂7、偏振控制器8和單模置出光纖9。
光源1和光電探測器2通過自聚焦透鏡5并聯(lián)在耦合器10的一側，耦合器10的另一側接到一個閉合環(huán)路中，在這個環(huán)路中通過多個2×2耦合器3將各段單模光纖傳感臂7串聯(lián)組成閉合環(huán)路，高反射端面單模光纖4和單模置出光纖9分別從環(huán)路中置出，光纖9通過自聚焦透鏡5和掃描反射鏡6構成用來解調經(jīng)過光纖傳感臂7的光程差的解調端，一部分光經(jīng)過高反射端面單模光纖4后原路返回到光電探測器2。閉合環(huán)路中設置有偏振控制器8。
各路低相干光會經(jīng)過閉合環(huán)路中的各段傳感臂，一部分光經(jīng)過高反射端面單模光纖4后原路返回到光電探測器2，一部分光會經(jīng)過調制端反射沿另外一路返回到光電探測器2，可選擇任何一個光路作為參考光路，再通過掃描反射鏡6的移動來調整兩路光的光程差，從而實現(xiàn)光程匹配。這樣就可以實現(xiàn)解調端對各段傳感臂的問詢。在閉合環(huán)路的干路中串聯(lián)一個偏振控制器，是為了解決偏振態(tài)造成信號衰落問題而采用的控制器件。
結合圖2，本發(fā)明的第二種實施方式是，在第一種實施方式的基礎上，用一個1×2(3db)耦合器11替換2×2(3db)耦合器10，再用一個分光鏡12把光源1和光電探測器2集成，使它們成為一個獨立的雙工組件，同時把偏振控制器8從閉合環(huán)路中移除。其它的結構都和第一種具體實施方式
一樣。這樣與第一種具體實施方式
相比，集成度可以相對提高。
權利要求
1.一種低相干絞扭式類Sagnac光纖形變傳感裝置，包括光源(1)、光電探測器(2)、耦合器、高反射端面單模光纖(4)、自聚焦透鏡(5)、掃描反射鏡(6)、單模光纖傳感臂(7)和單模置出光纖(9)，其特征是光源和光電探測器連接在一個耦合器的一側，該耦合器的另一側接到一個閉合環(huán)路中，在這個環(huán)路中通過2×2耦合器(3)將各段單模光纖傳感臂(7)串聯(lián)組成閉合環(huán)路，高反射端面單模光纖(4)和單模置出光纖(9)分別從環(huán)路中置出，光纖(9)通過自聚焦透鏡(5)和掃描反射鏡(6)構成用來解調經(jīng)過光纖傳感臂(7)的光程差的解調端，一部分光經(jīng)過高反射端面單模光纖(4)后原路返回到光電探測器(2)。
2.根據(jù)權利要求1所述的低相干絞扭式類Sagnac光纖形變傳感裝置，其特征是所述的與光源和光電探測器連接的耦合器是2×2耦合器(10)，光源(1)和光電探測器(2)通過自聚焦透鏡(5)并聯(lián)在耦合器(10)的一側，閉合環(huán)路中設置有偏振控制器(8)。
3.根據(jù)權利要求1所述的低相干絞扭式類Sagnac光纖形變傳感裝置，其特征是所述的與光源和光電探測器連接的耦合器是1×2耦合器(11)，一個分光鏡(12)把光源(1)和光電探測器(2)集成后再與耦合器(11)相連。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的，其特征是所述的光源是寬譜低相干LED光源。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種低相干絞扭式類Sagnac光纖形變傳感裝置。光源和光電探測器連接在一個耦合器的一側，該耦合器的另一側接到一個閉合環(huán)路中，在這個環(huán)路中通過2x2耦合器3將各段單模光纖傳感臂7串聯(lián)組成閉合環(huán)路，高反射端面單模光纖4和單模置出光纖9分別從環(huán)路中置出，光纖9通過自聚焦透鏡5和掃描反射鏡6構成用來解調經(jīng)過光纖傳感臂7的光程差的解調端，一部分光經(jīng)過高反射端面單模光纖4后原路返回到光電探測器2。本發(fā)明能夠實現(xiàn)對結構的形變進行分布式絕對測量、低成本，并能同時克服光損耗、溫度影響和斷點造成的系統(tǒng)失效等困難。
文檔編號G01B11/16GK101074867SQ200710072350
公開日2007年11月21日 申請日期2007年6月13日 優(yōu)先權日2007年6月13日
發(fā)明者苑立波, 楊軍, 田鳳軍 申請人:哈爾濱工程大學