[发明专利]一种低相干多路复用准分布光纤应变测量系统

摘要

本发明属于光纤连接技术领域，具体涉及的是一种基于Sagnac‑Fizeau级联型解调干涉仪的低相干多路复用准分布光纤应变测量系统。低相干多路复用准分布光纤应变测量系统，由宽谱光源、四端口光纤环行器、Sagnac‑Fizeau级联型解调干涉仪、传输光纤、光纤传感器阵列、光电探测信号放大器以及信号处理单组成，宽谱光源发出的光经由四端口光纤环行器后被注入到Sagnac‑Fizeau级联型解调干涉仪，Sagnac‑Fizeau级联型解调干涉仪产生光程差可调的两束问讯光信号。由于四端口光纤环形器的使用，消除了反馈回光源的信号，提高了光源的稳定性，同时增强了光源功率的利用率，能够使光源发出的光全部得到利用，也进一步提高了传感系统的复用能力。

主权项

1.一种低相干多路复用准分布光纤应变测量系统，由宽谱光源(1)、四端口光纤环行器(2)、Sagnac‑Fizeau级联型解调干涉仪(3)、传输光纤(4)、光纤传感器阵列(5)、光电探测信号放大器(6)以及信号处理单元(7)组成，其特征是：宽谱光源发出的光经由四端口光纤环行器后被注入到Sagnac‑Fizeau级联型解调干涉仪，Sagnac‑Fizeau级联型解调干涉仪产生光程差可调的两束问讯光信号，经由四端口光纤环行器后通过传输光纤被送入光纤传感器阵列，由光纤传感器阵列反射回来的干涉信号光再次通过传输光纤，经由四端口光纤环行器被光电探测信号放大器接收并被放大，信号最后经由信号处理单元处理后给出测量结果；所述的Sagnac‑Fizeau级联型解调干涉仪是通过将Sagnac环形光纤反射镜与一个光纤自聚焦透镜准直器相连接构成的，光纤自聚焦透镜准直器被固定在一个精密滑移台的基座上，一个平面光学反射镜被固定在可以滑移的平台上，正对着光纤自聚焦透镜准直器，构成了一个光程可调的Fizeau干涉仪；所述的光纤传感器阵列由首尾依次串接的光纤传感器组成，而光纤传感器由一段两端带有光纤插芯的单模光纤组成，一系列长度不等的单模光纤段构成首尾相接的串行阵列；通过一个1×M多路光纤开关的选通连接将M个光纤传感阵列构造成一个N×M的光纤传感器矩阵；通过所述的四端口光纤环行器将Sagnac‑Fizeau级联型解调干涉仪和准分布光纤传感器阵列进行连接；每段传感光纤的长度分别为l1、l2、…、lN，与Sagnac‑Fizeau级联型解调干涉仪中产生的两束问讯光信号之间的光程差L0的长度接近，每段传感光纤的长度都不同，且满足如下关系nL0+Xj＝nlj,j＝1,2...N式中n为光纤芯的折射率，且有li≠lj，因而有Xi≠Xj，也就是说每一个传感器都对应于各自独立的空间位置，当在传感光纤上施加一个分布式应力，各传感器的长度分别从l1变为l1+Δl1、l2变为l2+Δl2、…、lN变为lN+ΔlN，那么可以得到该分布式应变为通过对光程变化的反复扫描，对于任意第i个传感器时，可以通过测量获得传感器长度l_i的变化量用该变化量除以已知长度量l_i来测得每一段光纤上的平均应变；通过传输光纤将Sagnac‑Fizeau级联型解调干涉仪和光纤传感器阵列进行互连时，先将所述宽谱光源通过四端口光纤环形器的端口b送到Sagnac‑Fizeau级联型解调干涉仪，该解调干涉仪将一束光分成两路并给出预设光程差，然后再通过光纤环形器端口c经过传输光纤抵达光纤传感器阵列进行匹配干涉，最后再将干涉信号通过端口d传回到光电探测信号放大器；所述宽谱光源为白光光源；解调干涉仪将来自同一光源的光分成两束；使这两束光信号产生可调整的光程差，被分成两束并具有一定预设光程差的光信号离开端口b，通过端口c，再经过传输光纤，被送入光纤传感阵列中；光纤传感器阵列是由一系列标准单模光纤被切割成光纤段进行级联后组成的，每一段光纤为一个独立的长度微小形变测量仪，形成准分布式光纤测量系统。