本发明专利技术属于光纤传感技术领域，具体涉及一种可用于多点准分布应变或者准温度分布等物理量的实时监测与测量的基于腔长可调F-P白光干涉解调装置的分布式光纤应变测量系统。本发明专利技术由宽谱光源、四端口光纤环行器、双端口连接的光纤耦合器、腔长可调F-P白光干涉解调装置、三端口光纤环行器、第一传输光纤和第二传输光纤、第一光纤传感器阵列和第二光纤传感器阵列、第一光电探测信号放大器和第二光电探测信号放大器以及第一信号处理单元和第二信号处理单元组成，由于光纤环形器的使用，消除了反馈回光源的信号，提高了光源的稳定性，增强了光源功率的利用率，进一步提高了传感系统的复用能力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光纤传感
，具体涉及的是一种可用于多点准分布应变或者准 温度分布等物理量的实时监测与测量的基于腔长可调F-P白光干涉解调装置的分布式光 纤应变测量系统。
技术介绍
光纤白光干涉仪的优点之一就是可以很容易地实现多路复用。多个传感器在各自 的相干长度内，只存在单一的光干涉信号，因而勿需更复杂的时间或者频率复用技术对信 号进行处理。近年来，白光干涉传感技术得到了蓬勃的发展，其中的一个热点就是发展了多 种基于多路复用技术的光纤传感器和测试系统，用于应变、温度、压力等物理量的测量。多 路复用技术的发展背景主要是由于在实际测量与测试应用中，单个物理量以及单一位置点 的传感，已经远不能满足人们对事物整体或者系统状态感知的要求，这往往需要对多个或 者多点物理量的分布进行在线或者实时的量测。例如对大型结构（水电站、大坝、桥梁等） 的无损检测与监测以确定其安全的过程中，需要将光纤传感器植入关键部位，并构筑成监 测网络，对其内部的应力、应变以及温度等信息进行提取。因此，传感器数量通常为几十个 或者上百个，如果测试系统仅以单点传感器进行连接，无疑其测试造价将大大提高，同时降 低了系统可靠性。采用多路复用技术，利用同一个解调系统对多个传感器的测量信息进行 问询，这不仅极大简化了系统复杂程度，而且使测量精度和可靠性也得到了保证。同时，由 于多路复用技术，降低了单点传感器的造价，从而使测试费用大为降低，提高了性价比，使 光纤传感器与传统传感器相比更具优势。 白光干涉光纤传感器可以有效地避免窄带激光光源情况下相干长度很长的信号 所遇到的限制和问题。空分复用白光干涉光纤传感器的一个主要优点是可以测量绝对长度 和时间延迟。另外，由于传感信号的相干长度短，可以消除系统杂散光的时变干扰。空分复 用白光干涉技术的另一个优点是不需要相对复杂的时分复用或频分复用技术便可以将多 个传感器相干复用在一个信号中。空分复用技术是通过使用扫描干涉仪（如迈克尔逊干涉 仪）实现信号光与参考光的光程相匹配来实现的。如果两路信号光的光程相匹配，在干涉 仪的输出信号中会观察到白光干涉条纹。可实现高精度的绝对测量，能够测量的参量包括 位置、位移、应变和温度等。 在实际应用中，尤其是在建筑结构的监测中，通常需要对建筑结构进行长距离、多 点的准分布式测量。然而，对于传统的光纤白光干涉仪结构，传感光纤的长度受到可变扫描 臂的调节范围的限制。另外，即使可以得到长距离的调节范围，光信号在长距离的空间光路 中传输的损耗也会很大。 为解决上述问题，1995年美国H-P公司Wayne V. Sorin和Douglas M. Baney公开 了一种基于光程自相关器的白光干涉传感器的复用方法（美国专利：专利号5557400)，基 于Michelson干涉仪结构，利用光信号在Michelson干涉仪固定臂和可变扫描臂之间形成 的光程差与光纤传感器的前后两个端面反射光信号光程差之间的匹配实现光程自相关，获 得该传感器的白光干涉信号，再利用改变扫描臂与固定臂之间光的程差与多个首尾相接的 串行光纤传感器阵列中的每个传感器逐一匹配，完成光纤传感器的多路复用。 此外，申请人于2007年和2008年公开的低相干绞扭式类Sagnac光纤形变传感 装置（中国专利：200710072350. 9)和空分复用Mach-Zehnder级联式光纤干涉仪及测量方 法（中国专利号：ZL 200810136824.6)主要用来解决光纤传感器复用阵列布设过程中抗毁 坏的问题；申请人于2008年公开的光纤Mach-Zehnder与Michelson干涉仪阵列的组合测 量仪（中国专利：ZL 200810136819. 5)和孪生阵列Michelson光纤白光干涉应变仪（中国 专利号：ZL200810136820.8)主要用于解决白光光纤干涉仪多路复用中温度对测量干扰， 以及温度和应变同时测量问题；申请人于2008年公开的一种简化式多路复用白光干涉光 纤传感解调装置（中国专利：ZL 200810136826. 5)和基于可调Fabry-Perot谐振腔的分布 式光纤白光干涉传感器阵列（中国专利：ZL 200810136833. 5)，引入环形腔、F-P腔光程自 相关器主要用于简化多路复用干涉仪的拓扑结构，构造共光路形式，提高温度稳定性；申请 人于2008年公开的一种双基准长度低相干光纤环形网络传感解调装置（中国专利【申请号】 200810136821. 2)4X4光纤耦合器光程自相关器的引入，目的是解决多基准传感器的同时 测量问题。 但在上述基于空分复用的干涉仪结构中，光源功率衰减大、光源利用率低，由光源 发出的光，仅有较小的一部分达到传感器阵列，被探测器接收形成干涉信号。以W. V. Sorin 公开的光路结构而言，当传感器阵列反射的光信号通过光纤耦合器1时，只有一半的光进 入Michelson自相关器，而另一半光沿与光源相连的光路损耗掉。另外，进入Michelson自 相关器的光，被反射镜反射后经过耦合器2时又只有一半光进入光电探测器，另一半光回 馈到耦合器1中。因此，这种结构最多只有1/4的光源功率对传感过程有贡献。另外，经过 耦合器1回馈的光会直接进入光源，虽然使用的光源类型为宽谱光，与激光光源相比，对回 馈不十分敏感，但是过大的信号功率反馈，特别是对于SLD和ASE等自发辐射增益较大的光 源，回馈光会引起光源的较大的噪声。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种结构简单紧凑、操作调节容易的基于腔长可调F-P白 光干涉解调装置的分布式光纤应变测量系统。 本专利技术的目的是这样实现的： 基于腔长可调F-P白光干涉解调装置的分布式光纤应变测量系统，由宽谱光源1、 四端口光纤环行器2、双端口连接的光纤耦合器3、腔长可调F-P白光干涉解调装置4、三端 口光纤环行器5、第一传输光纤6和第二传输光纤7、第一光纤传感器阵列8和第二光纤传 感器阵列9、第一光电探测信号放大器10和第二光电探测信号放大器11以及第一信号处理 单元12和第二信号处理单元13组成，谱光源1发出的光经由四端口光纤环行器2后经由 光纤耦合器3被注入到腔长可调F-P白光干涉解调装置4,腔长可调F-P白光干涉解调装 置产生光程差可调的两束问讯光信号，分别经过三端口光纤环行器和四端口光纤环行器后 通过第一传输光纤6和第二传输光纤7被送入第一光纤传感器阵列8和第二光纤传感器阵 列9,由第一光纤传感器阵列8反射回来的干涉信号光再次通过第一传输光纤6,经由三端 口光纤环行器5被第一光电探测信号放大器10接收并被放大，信号最后经由第一信号处理 单元12处理后给出测量结果；由第二光纤传感器阵列9反射回来的干涉信号光再次通过第 二传输光纤7,经由四端口光纤环行器2被第二光电探测信号放大器11接收并被放大，最后 经第二信号处理单元13处理后给出测量结果。 腔长可调F-P白光干涉解调装置是分别通过两个双端口 2X2光纤耦合器将一个 Sagnac环形光路结构与一个腔长可调的F-P光纤干涉仪親合连接起来，其中的F-P光纤干 涉仪由一端镀有全反射镜42的光纤，另一端和一个光纤自聚焦透镜准直器43相连接，光纤 自聚焦透镜准直器被固定在一个精密滑移台的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于腔长可调F‑P白光干涉解调装置的分布式光纤应变测量系统，由宽谱光源(1)、四端口光纤环行器(2)、双端口连接的光纤耦合器(3)、腔长可调F‑P白光干涉解调装置(4)、三端口光纤环行器(5)、第一传输光纤(6)和第二传输光纤(7)、第一光纤传感器阵列(8)和第二光纤传感器阵列(9)、第一光电探测信号放大器(10)和第二光电探测信号放大器(11)以及第一信号处理单元(12)和第二信号处理单元(13)组成，其特征是：宽谱光源(1)发出的光经由四端口光纤环行器(2)后经由光纤耦合器(3)被注入到腔长可调F‑P白光干涉解调装置(4)，腔长可调F‑P白光干涉解调装置产生光程差可调的两束问讯光信号，分别经过三端口光纤环行器和四端口光纤环行器后通过第一传输光纤(6)和第二传输光纤(7)被送入第一光纤传感器阵列(8)和第二光纤传感器阵列(9)，由第一光纤传感器阵列(8)反射回来的干涉信号光再次通过第一传输光纤(6)，经由三端口光纤环行器(5)被第一光电探测信号放大器(10)接收并被放大，信号最后经由第一信号处理单元(12)处理后给出测量结果；由第二光纤传感器阵列(9)反射回来的干涉信号光再次通过第二传输光纤(7)，经由四端口光纤环行器(2)被第二光电探测信号放大器(11)接收并被放大，最后经第二信号处理单元(13)处理后给出测量结果。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：苑立波，张晓彤，苑勇贵，杨军，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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