[发明专利]一种光纤敏感环高精度温度灵敏度系数测试的装置及方法

说明书

本发明设计属于光学器件性能测试领域，提供的是一种光纤敏感环高精度温度灵敏度系数测试的装置及方法。该装置包括光输入模块、信号采集处理模块、光纤敏感环模块、信号光输出模块。其特征是：通过使用分布式温度传感将光纤敏感环中背向拉曼散射光中的斯托克斯光和反斯托克斯光分离出来，实现对光纤敏感环上各处温度的实时监测，依此结合光纤热光系数和热膨胀系数，对每段光纤敏感环的温度影响进行积分，获得总体相位变化，便可计算得到光纤敏感环的温度灵敏度系数。该装置具有结构简单、测量精确高、温度稳定性好、线性度高等优点，可以广泛应用于各种光纤敏感环的温度灵敏度测试。

技术领域

本发明设计属于光学器件测试技术领域，具体涉及到一种光纤敏感环高精度温度灵敏度系数测试的装置及方法。

背景技术

一切物理定律、化学现象和生物过程都会受到环境温度的影响，温度测量在工业、农业、国防、医学和现在科学研究中具有十分重要的地位。光纤本身不受电磁辐射干扰、耐腐蚀、无源实时监测、耐高电压并且绝缘性好等特性，使得光纤温度传感器成为航空航天、电力系统、建筑、医疗以至海洋等领域中有效的温度测量手段。

盘式光纤加速度传感器是一种利用惯性原理测量振动加速度的一种光纤传感器，通过感知惯性力所产生的位移或者应变而测得相应的加速度。盘式光纤加速度传感器传感系统是由弹性盘片、惯性质量块、光纤敏感环、构成相位调制型的光学器件及传感器封装结构组成。在航空航天的制导系统、石油勘探的地震检波系统、桥梁建筑的结构检测系统、交通情况监测系统等应用领域内，需具有抗电磁干扰、高灵敏度、大动态范围、易复用的高性能加速度传感装置。

光纤敏感环作为盘式加速度传感器的核心敏感元件，既是提高传感器测量精度的途径，也是影响测量精度的主要因素。光纤敏感环的稳定性和抗干扰能力直接影响传感器的性能。温度等环境因素对光纤的光学和机械性能的影响是随机的、不对称的，环境温度变化引起的非互易性，会给加速度传感器带来大的漂移，导致传感器性能降低，所以需要对光纤敏感环进行温度灵敏度测试。然而目前光纤敏感环材料、绕法、隔热结构等不可抗的因素，使得测量光纤敏感环的温度灵敏度十分困难。

2020年，西安现代控制技术研究所的王晓章等人发明了光纤环温度性能测量装置及方法(CN112729339A)，此发明利用工况测试时间内的温度及温度梯度变化，以此来设置光纤环的温度性能，但这种方法不能精确直接测量光纤环的温度性能，同时这会导致系统结构趋于复杂化。

2020年，北京航天时代光电科技有限公司的刘元天等人发明了一种光纤陀螺光纤环温度测试与评价系统(CN111964659A)，此发明采用现有技术给光纤环温度测试提供了方案及评价标准，而没有提出一个用于高精度光纤环温度测试的实验装置，导致外界因素对光纤敏感环温度测试和评价有偏差。

2021年，厦门天宇丰荣科技有限公司的张江源等人发明了一种高精度光纤环温度测试的装置(CN216593448U)，此发明通过装置减少了外界环境对光纤敏感环的影响，但由于光纤敏感环自身材料、隔热结构等因素，不能精确测得光纤敏感环的温度性能。

现如今为测试光纤敏感环的各种性能，在实验过程中需要搭建干涉仪，将干涉仪放入温箱中观察光路输出随温度的变化情况。这些方法都直接反应了某些条件下干涉仪的整体性能，但不能直接反应光纤敏感环的温度性能，尤其是未能针对光纤敏感环本身进行测试。因此，迫切需要建立一个有效并且方便的光纤敏感环温度系数精确测试方法以提高光纤敏感环的环境适应性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、测量精度高、线性度高的基于光纤敏感环高精度温度灵敏度系数测试的装置。本发明的目的还在于提供一种利用本发明的基于光纤敏感环高精度温度灵敏度系数测试的方法。