【技术实现步骤摘要】
：本专利技术属于光纤传感，具体涉及到一种基于双扫频光源的光频域光纤动态超大应变传感装置。
技术介绍
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技术介绍
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1、1981年w.eickhoff等人提出的光频域反射仪(ofdr)分布式光纤传感技术是一种基于瑞利散射的相干检测方案，其基本原理与微波领域中调频连续波(fmcw)技术类似。1998年froggatt m等人提出了ofdr应变传感理论模型，并利用互相关应变解调算法解算出待测/传感光纤上的静态应变信息。进一步地，加快信号采集和解调的速度来进行连续多次的应变测量，就能知道光纤上的动态应变变化。这种基于ofdr的动态应变传感，能够解调出光纤所受到的外部扰动，并实时监测光纤动态应变信息。
2、在光频域应变传感领域中，光纤上施加应变会导致信号的光谱发生与应变大小成正比的漂移，如若探测很大的应变值(-5000με至15000με)，则需要参考信号具有较宽的光谱范围以保证漂移后的测量信号和参考信号能够进行互相关运算，即需要宽谱扫频激光器进行至少30nm的大范围扫频，一般而言，进行大范围扫频单次测量所需的时间会长达秒量级，无法实现对高频应变的响应；而若在保证测量距离的同时增加扫频速度以获得较高的响应频率，则实时数据量会十分庞大，对探测器件和数据处理而言是一个十分严峻的挑战。
3、经过对现有技术的检索发现，为了提高光频域光纤动态应变传感系统的空间分辨率、应变量限和应变频响，研究者们提出了多种光频域光纤动态应变传感装置和方法。2021年刘兆军等人(一种高空间分辨率下的ofdr大应变装置，cn2021
4、如今现有的技术在提升单一指标如测量距离和空间分辨率、应变测量范围和应变响应频率等都具有很好的效果，但由于上述性能指标之间往往存在相互制约的关系，现有的光纤分布式动态应变测量技术均存在的应变量限与应变响应频率相互制约的桎梏。
技术实现思路
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技术实现思路
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1、本专利技术提供了一种基于双扫频光源的光频域光纤动态超大应变传感装置，由双扫频光源模块1、辅助干涉仪模块2、主干涉仪模块3、待测/传感光纤4、平衡探测采集模块5、游标数据处理模块6组成；其特征是：双扫频光源模块1有两种工作模式，模式一102输出宽谱扫频光，模式二103输出快速调谐光，通过1×2耦合器1a分别向辅助干涉仪模块2、主干涉仪模块3输出两种问询光，由平衡探测采集模块5探测采集并在游标数据处理模块6中解算得到待测/传感光纤4的应变信息，可测量振动频率为fs，施加应变范围为±ε0的待测/传感光纤的应变信息。
2、所述的双扫频光源模块1，其特征是：双扫频光源模块1有两种工作模式，包括模式一102和模式二103，两种工作模式通过波长控制101输出两种问询光。
3、所述的模式一102，其特征是：双扫频光源模块1在模式一102工作模式下，输出连续宽谱扫频光的起始波长为λs，，扫频终止波长为λe，扫频范围z＝λe-λs。
4、所述的模式二103，其特征是：双扫频光源模块1在模式二103工作模式下，输出快速调谐光的中心波长为λq，扫频宽度为δfq，重复频率为fl，满足fl≥fs。
5、所述的波长控制101，其特征是：对模式一102输出的宽谱扫频光的波长范围和模式二103输出的快速调谐光的中心波长进行控制，满足λq≥λs且λq≤λe，并且满足λe-λs≥0.78λqε0。
6、所述的游标数据处理模块6，其特征是：游标数据处理模块6接收平衡探测采集模块5采集到的参考信号601和测量信号602，首先进行校准过程603，接着进行传感过程604，然后进行动态应变解调过程605，得到待测/传感光纤4的应变信息607的同时进行定时重新校准过程606。
7、所述的参考信号601和测量信号602，其特征是：参考信号601(表示为r)，和测量信号602(表示为sm)分别由双扫频光源模块1在模式一102和模式二103工作模式下，经过辅助干涉仪2、主干涉仪3后在平衡探测采集模块5中探测采集得到，其中m为大于等于0的整数，参考信号601和测量信号602均包含辅助干涉仪干涉信号和主干涉仪干涉信号。
8、一种基于双扫频光源的光频域光纤动态超大应变传感方法，所用的装置为一种基于双扫频光源的光频域光纤动态超大应变传感装置，所述的一种基于双扫频光源的光频域光纤动态超大应变传感方法包括校准过程603、传感过程604、动态应变解调过程605、定时重新校准过程606，其特征是：具体步骤是：
9、1)步骤一：装置进入校准过程604，此时待测/传感光纤4置于校准状态(不施加应变)，双扫频光源模块1首先切换为模式一102工作模式，获得参考信号601，参考信号表示为r，然后双扫频光源模块1切换为模式二103工作模式，获得测量信号602，测量信号表示为sm，此时m值置为0(m＝0)，然后经过光谱解调运算得到参考信号r和测量信号sm在光谱上的相对位置fref；
10、2)步骤二：装置进入传感过程604，此时待测/传感光纤4置于传感状态(施加频率为fs的动态应变，双扫频光源模块1保持在模式二103工作模式，获得测量信号sm，此时m值数值加1，经过光谱解调运算得到参考信号r和测量信号sm在光谱上的相对位置fsen；
11、3)步骤三：装置进入动态应变解调过程605，由步骤一得到的相对位置fref和步骤二得到的相对位置fsen解算得到待测/传感光纤4置于传感状态时测量信号的频率偏移量δf＝fref-fsen，进一步得到待测/传感光纤4的应变信息607；
12、4)步骤四：装置进入定时重新校准过程606，对m的数值进行监测，并重复步骤二至步骤四，直到测试停止或当m值等于n(n即为传感次数)，当m＝n时，重复步骤一至步骤四。
13、所述的光谱解调运算，其特征是：光谱解调运算包括相位噪声补偿、位置偏差校正、傅里叶变换、散射信息滑动截取、逆傅里叶变换和互相关等解调算法。
14、ofdr应变测量原理基于光纤中的瑞利背向散射，瑞利背向散射的强度不仅取决于光纤的不均匀性，还取决于问询光束的波长。瑞利背向本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于双扫频光源的光频域光纤动态超大应变传感装置，由双扫频光源模块(1)、辅助干涉仪模块(2)、主干涉仪模块(3)、待测/传感光纤(4)、平衡探测采集模块(5)、游标数据处理模块(6)组成；其特征是：双扫频光源模块(1)有两种工作模式，模式一(102)输出宽谱扫频光，模式二(103)输出快速调谐光，通过1×2耦合器(1a)分别向辅助干涉仪模块(2)、主干涉仪模块(3)输出两种问询光，由平衡探测采集模块(5)探测采集并在游标数据处理模块(6)中解算得到待测/传感光纤(4)的应变信息，可测量振动频率为fs，施加应变范围为±ε0的待测/传感光纤的应变信息。
2.根据权利要求1所述的双扫频光源模块(1)，其特征是：双扫频光源模块(1)具有两种工作模式，包括模式一(102)和模式二(103)，两种工作模式通过波长控制(101)输出两种问询光。
3.根据权利要求2所述的模式一(102)，其特征是：双扫频光源模块(1)在模式一(102)工作模式下，输出连续宽谱扫频光的起始波长为λs，扫频终止波长为λe，扫频范围Z＝λe-λs。
4.根据权利要求2所述的
5.根据权利要求3所述的波长控制(101)，其特征是：对模式一(102)输出的宽谱扫频光的波长范围和模式二(103)输出的快速调谐光的中心波长进行控制，满足λq≥λs且λq≤λe，并且满足λe-λs≥0.78λqε0。
6.根据权利要求1所述的游标数据处理模块(6)，其特征是：游标数据处理模块(6)接收平衡探测采集模块(5)采集到的参考信号(601)和测量信号(602)首先进行校准过程(603)，接着进行传感过程(604)，然后进行动态应变解调过程(605)，得到待测/传感光纤(4)的应变信息(607)的同时进行定时重新校准过程(606)。
7.根据权利要求6所述的参考信号(601)和测量信号(602)，其特征是：参考信号(601)(表示为R)，和测量信号(602)(表示为Sm)分别由双扫频光源模块(1)在模式一(102)和模式二(103)工作模式下，经过辅助干涉仪(2)、主干涉仪(3)后在平衡探测采集模块(5)中探测采集得到，其中m为大于等于0的整数，参考信号(601)和测量信号(602)均包含辅助干涉仪干涉信号和主干涉仪干涉信号。
8.一种基于双扫频光源的光频域光纤动态超大应变传感方法，所用的装置为一种基于双扫频光源的光频域光纤动态超大应变传感装置，所述的一种基于双扫频光源的光频域光纤动态超大应变传感方法包括校准过程(603)、传感过程(604)、动态应变解调过程(605)、定时重新校准过程(606)，其特征是：具体步骤是：
9.根据权利要求8所述的光谱解调运算，其特征是：光谱解调运算包括相位噪声补偿、位置偏差校正、傅里叶变换、散射信息滑动截取、逆傅里叶变换和互相关等解调算法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于双扫频光源的光频域光纤动态超大应变传感装置，由双扫频光源模块(1)、辅助干涉仪模块(2)、主干涉仪模块(3)、待测/传感光纤(4)、平衡探测采集模块(5)、游标数据处理模块(6)组成；其特征是：双扫频光源模块(1)有两种工作模式，模式一(102)输出宽谱扫频光，模式二(103)输出快速调谐光，通过1×2耦合器(1a)分别向辅助干涉仪模块(2)、主干涉仪模块(3)输出两种问询光，由平衡探测采集模块(5)探测采集并在游标数据处理模块(6)中解算得到待测/传感光纤(4)的应变信息，可测量振动频率为fs，施加应变范围为±ε0的待测/传感光纤的应变信息。
2.根据权利要求1所述的双扫频光源模块(1)，其特征是：双扫频光源模块(1)具有两种工作模式，包括模式一(102)和模式二(103)，两种工作模式通过波长控制(101)输出两种问询光。
3.根据权利要求2所述的模式一(102)，其特征是：双扫频光源模块(1)在模式一(102)工作模式下，输出连续宽谱扫频光的起始波长为λs，扫频终止波长为λe，扫频范围z＝λe-λs。
4.根据权利要求2所述的模式二(103)，其特征是：双扫频光源模块(1)在模式二(103)工作模式下，输出快速调谐光的中心波长为λq，扫频宽度为δfq，重复频率为fl，满足fl≥fs。
5.根据权利要求3所述的波长控制(101)，其特征是：对模式一(102)输出的宽谱扫频光的波长范围和模式二(103)输出的快速调谐光的中心波长...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨军，魏子乔，林蹉富，喻张俊，徐鹏柏，温坤华，王云才，秦玉文，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：
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