[发明专利]基于光频域反射高速分布式应变测量系统和方法

说明书

本发明涉及一种基于光频域反射高速分布式应变测量系统及其测量方法，包括：可调谐激光器(1)、90：10保偏光分束器(4)、计算机(19)、USB控制线(20)、模数采集装置(15)、基于辅助干涉仪的时钟触发装置(22)和主干涉仪(21)，其中，主干涉仪(21)包括：80：20保偏耦合器(3)、第二环形器(10)、光混合器(13)、第二平衡探测器(16)、第三平衡探测器(17)、参考臂(11)、测试臂(12)、拉伸位移台(14)和传感光纤(18)；计算机(19)，用于对模数采集装置(15)采集的干涉信号进行数据处理，实现基于光频域反射中利用长距离光纤光栅即传感光纤(18)测量分布式光纤应力的光纤传感。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种光频域反射中高速应变测量方法，应用于光频域反射。

背景技术

光纤传感技术相比于其他传统传感技术来说具有很多优势，比如抗电磁干扰、耐腐蚀、高灵敏度和耐高低温环境等优点。利用光纤传感技术实现应力检测在飞机蒙皮监测、桥梁结构健康监测、周界安防监测等领域有着重要的应用。这些领域的应力检测如果能够做到实时监测，提高应力监测的频率，那么将会极大提高监测效率，降低重大安全事故发生的概率。传统的分布式光纤应变传感器有，布里渊光时域反射仪(BOTDR)和布里渊光时域分析 (BOTDA)，可以实现亚米级空间分辨率，数十公里感应范围和静态/动态应变测量。而光纤干涉仪传感器，如MZI型和Sagnac环型，具有高灵敏度但低空间分辨率(通常为几十米)。然而，以上的分布式光纤应变传感器最小可测量应变通常限制在10以上，并且不能够保证在高空间分辨率、高应变分辨率和长距离的高频率的情况下实现实时的应力监测。

光频域反射技术(Optical Frequency Domain Reflectometry，OFDR)，作为分布式光纤传感的一种，OFDR技术将光纤中的瑞利散射看作一种的随机空间周期弱布拉格光栅，可用于分布式应力、温度传感。在应变传感中，OFDR采用瑞利散射光谱互相关方法在空间分辨率1cm时，最小可测量应变达到±1微应变。但是在现阶段OFDR实现应力测量研究中，对于长距离、高应变分辨率的高频率实时应变测量仍然难以实现。在传统OFDR的测量装置中，例如专利CN201910697503.1公开的基于相对相位变化的光频域反射分布式传感解调方法，该专利的采用的测量装置，使用偏振控制器调节光偏振态，采用五十：五十耦合器对信号进行偏振分束。其中的偏振控制器采用手动调节的方式，所以会导致偏振分束时两个正交方向上光强大小出现偏差，并且对偏振衰落噪声消除的效果不够好。

发明内容

本发明提供了一种基于光频域反射高速分布式应变测量系统和方法，可以很好的克服偏振衰落噪声带来的问题，并且能够提升数据处理速度。技术方案如下：

一种基于光频域反射高速分布式应变测量系统，包括：可调谐激光器1、90：10保偏光分束器4、计算机19、USB控制线20、模数采集装置15、基于辅助干涉仪的时钟触发装置 22和主干涉仪21，其中，

基于辅助干涉仪的时钟触发装置22包括：第一平衡探测器2、50：50耦合器5、延迟光纤6、第一法拉第转镜7、第二法拉第转镜8和第一环形器9；基于辅助干涉仪的时钟触发装置22用于实现等光频间距采样，其目的是抑制光源的非线性扫描；

主干涉仪21包括：80：20保偏耦合器3、第二环形器10、光混合器13、第二平衡探测器16、第三平衡探测器17、参考臂11、测试臂12、拉伸位移台14和传感光纤18；