[发明专利]光纤激光器温度和应变同时测量系统

说明书

一种光纤激光器温度和应变同时测量系统，包括：光纤激光器、第一980nm隔离器、第二980nm隔离器、波分复用器、泵浦光源、第一耦合器、第二耦合器，其中所述光纤激光器、第一980nm隔离器、第二980nm隔离器、波分复用器、第一耦合器和第二耦合器组成环形光路；1550nm隔离器与第一耦合器的端口3连接；窄线宽可调谐激光器与1550nm隔离器的输入端连接；函数发生器与窄线宽可调谐激光器的输入端连接；第一探测器与第二耦合器的端口3连接；第二探测器与第二耦合器的端口4连接；示波器与第一探测器和第二探测器的输出端连接。本发明可以提高现有的光纤光栅温度、应变同时测量系统中的温度、应变测量分辨率。

技术领域

本发明涉及温度和应变同时测量技术领域，尤其涉及一种基于光纤激光器的温度和应变同时测量系统。

背景技术

近二十年来，伴随着光纤光栅制作技术和解调技术的不断发展，光纤光栅应变、温度传感技术获得了广泛应用，尤其是在强电磁干扰、高温高压、易爆、化学腐蚀等恶劣环境中显示了很大的优。然而，光纤光栅的应变(指静态应变)、温度交叉敏感问题是其走向实用化需要解决的核心问题(Yong Zhao，Yanbiao Liao，Optics and Lasers in Engineering，vol.41，pp.1-18，2004)。虽然在土木工程、大型结构健康监测等领域，常规的参考光纤光栅补偿方法可以较为有效地解决这个问题，但难以满足地壳形变观测、地温观测等领域的高精度温度(mk量级)和静态应变(nε量级)测量要求，更难以实现高精度的光纤光栅温度和静态应变同时测量。

当前，我们可以通过窄线宽激光器以及参考补偿方法实现高精度的光纤光栅应变、温度单参量测量，如中国科学院半导体研究所基于相移光栅和小波去噪技术实现了nε量级分辨率静态应变测量(Wenzhu Huang，Wentao Zhang，et.al.，vol.32(22)，pp.3692-3698，2014)，上海交通大学基于激光锁频技术和参考稳频源实现了mK量级分辨率的温度测量(Qingwen Liu，Jiageng Chen，et al.，Proc.of SPIE，vol.9655，pp.965508，2015)。这上述方法均不能实现高精度的温度和静态应变同时测量，并且参考补偿方法由于参考光栅自身微小缓慢的蠕变/应力释放以及与传感光栅的温度灵敏度差异、或者由于绝对频率参考自身的频率缓慢漂移，会使其最终的静态应变、温度测量精度受限甚至失准，并且使其在传感探头结构设计和长期稳定性等方面面临挑战。

实际上，伴随着光纤光栅传感技术的发展，国内外已经有诸多“光纤光栅应变、温度同时测量技术”的解决方案报道，这也一直是这个领域的一个研究热点。例如，将光纤光栅/长周期光栅刻写在同一根光纤不同结构尺寸上(H.J.Patrick，et al.，IEEE PhotonicsTechnology Letters，vol.8(9)，pp.1223-1225，1996)，同一根光纤上刻写两个不同波长的光纤光栅/长周期光栅(Young-Geun Han，S.B.Lee，et al.，Optics Express，vol.11(5)，pp.476-481，2003)，在特殊结构光纤(如锥形光纤)上刻写光纤光栅(Hugo F.Lima，et al.，IEEE Sensors Journal，vol.10(2)，pp.269-273，2010)，利用光纤激光器(一种有源光纤光栅谐振腔)的双偏振/双纵模拍频频率(Li-Yang Shao，et al.，IEEE PhotonicsTechnology Letters，vol.19(20)，pp.1598-1600，2007)以及利用光纤激光器的输出中心波长和输出功率(Liang Gao，et al.，Optics Communications，vol.297，pp.98-101，2013)等方法。

但足，现有的光纤光栅应变、温度同时测量方案，其应变、温度测量分辨率普遍在με量级和℃量级，这距离高精度应变、温度测量领域的要求还有一定的距离；采用制作特殊结构的光纤光栅来实现应变、温度同时测量，这对光纤光栅的制作、传感器探头的设计都提出了更高的要求，不利于广泛的应用推广。