一種低相干多路復(fù)用準(zhǔn)分布光纖應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于光纖連接技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及的是一種基于Sagnac-Fizeau級(jí)聯(lián) 型解調(diào)干設(shè)儀的低相干多路復(fù)用準(zhǔn)分布光纖應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 光纖白光干設(shè)儀的優(yōu)點(diǎn)之一就是可W很容易地實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用。多個(gè)傳感器在各自 的相干長度內(nèi)，只存在單一的光干設(shè)信號(hào)，因而勿需更復(fù)雜的時(shí)間或者頻率復(fù)用技術(shù)對(duì)信 號(hào)進(jìn)行處理。近年來，白光干設(shè)傳感技術(shù)得到了蓬勃的發(fā)展，其中的一個(gè)熱點(diǎn)就是發(fā)展了多 種基于多路復(fù)用技術(shù)的光纖傳感器和測(cè)試系統(tǒng)，用于應(yīng)變、溫度、壓力等物理量的測(cè)量。多 路復(fù)用技術(shù)的發(fā)展背景主要是由于在實(shí)際測(cè)量與測(cè)試應(yīng)用中，單個(gè)物理量W及單一位置點(diǎn) 的傳感，已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足人們對(duì)事物整體或者系統(tǒng)狀態(tài)感知的要求，該往往需要對(duì)多個(gè)或 者多點(diǎn)物理量的分布進(jìn)行在線或者實(shí)時(shí)的量測(cè)。例如對(duì)大型結(jié)構(gòu)（水電站、大巧、橋梁等） 的無損檢測(cè)與監(jiān)測(cè)W確定其安全的過程中，需要將光纖傳感器植入關(guān)鍵部位，并構(gòu)筑成監(jiān) 測(cè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)其內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變W及溫度等信息進(jìn)行提取。因此，傳感器數(shù)量通常為幾十個(gè) 或者上百個(gè)，如果測(cè)試系統(tǒng)僅W單點(diǎn)傳感器進(jìn)行連接，無疑其測(cè)試造價(jià)將大大提高，同時(shí)降 低了系統(tǒng)可靠性。采用多路復(fù)用技術(shù)，利用同一個(gè)解調(diào)系統(tǒng)對(duì)多個(gè)傳感器的測(cè)量信息進(jìn)行 問詢，該不僅極大簡化了系統(tǒng)復(fù)雜程度，而且使測(cè)量精度和可靠性也得到了保證。同時(shí)，由 于多路復(fù)用技術(shù)，降低了單點(diǎn)傳感器的造價(jià)，從而使測(cè)試費(fèi)用大為降低，提高了性價(jià)比，使 光纖傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比更具優(yōu)勢(shì)。
[0003] 白光干設(shè)光纖傳感器可W有效地避免很多長相干長度的信號(hào)所遇到的限制和問 題?？辗謴?fù)用白光干設(shè)光纖傳感器的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是可W測(cè)量絕對(duì)長度和時(shí)間延遲。另外， 由于傳感信號(hào)的相干長度短，可W消除系統(tǒng)雜散光的時(shí)變干擾?？辗謴?fù)用白光干設(shè)技術(shù)的 另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不需要相對(duì)復(fù)雜的時(shí)分復(fù)用或頻分復(fù)用技術(shù)便可W將多個(gè)傳感器相干復(fù)用 在一個(gè)信號(hào)中?？辗謴?fù)用技術(shù)是通過使用掃描干設(shè)儀（如邁克爾遜干設(shè)儀）實(shí)現(xiàn)信號(hào)光與 參考光的光程相匹配來實(shí)現(xiàn)的。如果兩路信號(hào)光的光程相匹配，在干設(shè)儀的輸出信號(hào)中會(huì) 觀察到白光干設(shè)條紋。可實(shí)現(xiàn)高精度的絕對(duì)測(cè)量，能夠測(cè)量的參量包括位置、位移、應(yīng)變和 溫度等。
[0004] 在實(shí)際應(yīng)用中，尤其是在建筑結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)中，通常需要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行長距離、多 點(diǎn)的準(zhǔn)分布式測(cè)量。然而，對(duì)于傳統(tǒng)的光纖白光干設(shè)儀結(jié)構(gòu)，傳感光纖的長度受到可變掃描 臂的調(diào)節(jié)范圍的限制。另外，即使可W得到長距離的調(diào)節(jié)范圍，光信號(hào)在長距離的空間光路 中傳輸?shù)膿p耗也會(huì)很大。
[0005] 為解決上述問題，1995年美國H-P公司W(wǎng)ayneV.Sorin和DouglasM.Ban巧公開 了一種基于光程自相關(guān)器的白光干設(shè)傳感器的復(fù)用方法（美國專利；專利號(hào)5557400)，基 于Michelson干設(shè)儀結(jié)構(gòu)，利用光信號(hào)在Michelson干設(shè)儀固定臂和可變掃描臂之間形成 的光程差與光纖傳感器的前后兩個(gè)端面反射光信號(hào)光程差之間的匹配實(shí)現(xiàn)光程自相關(guān)，獲 得該傳感器的白光干設(shè)信號(hào)，再利用改變掃描臂與固定臂之間光的程差與多個(gè)首尾相接的 串行光纖傳感器陣列中的每個(gè)傳感器逐一匹配，完成光纖傳感器的多路復(fù)用。
[0006] 另外，申請(qǐng)人于2007年和2008年公開的低相干絞扭式類Sagnac光纖形變傳感 裝置（中國專利；200710072350. 9)和空分復(fù)用Mach-Zehnder級(jí)聯(lián)式光纖干設(shè)儀及測(cè)量方 法（中國專利號(hào)；ZL200810136824.6)主要用來解決光纖傳感器復(fù)用陣列布設(shè)過程中抗毀 壞的問題；申請(qǐng)人于2008年公開的光纖Mach-Zehnder與Michelson干設(shè)儀陣列的組合測(cè) 量儀（中國專利；ZL200810136819. 5)和李生陣列Michelson光纖白光干設(shè)應(yīng)變儀（中國 專利號(hào)；ZL200810136820.8)主要用于解決白光光纖干設(shè)儀多路復(fù)用中溫度對(duì)測(cè)量干擾， W及溫度和應(yīng)變同時(shí)測(cè)量問題；申請(qǐng)人于2008年公開的一種簡化式多路復(fù)用白光干設(shè)光 纖傳感解調(diào)裝置（中國專利；ZL200810136826. 5)和基于可調(diào)F油巧-Perot諧振腔的分布 式光纖白光干設(shè)傳感器陣列（中國專利；ZL200810136833. 5)，引入環(huán)形腔、F-P腔光程自 相關(guān)器主要用于簡化多路復(fù)用干設(shè)儀的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，構(gòu)造共光路形式，提高溫度穩(wěn)定性；申請(qǐng) 人于2008年公開的一種雙基準(zhǔn)長度低相干光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)傳感解調(diào)裝置（中國專利【申請(qǐng)?zhí)枴?200810136821. 2)4X4光纖禪合器光程自相關(guān)器的引入，目的是解決多基準(zhǔn)傳感器的同時(shí) 測(cè)量問題。
[0007] 但在上述基于空分復(fù)用的干設(shè)儀結(jié)構(gòu)中，光源功率衰減大、光源利用率低，由光源 發(fā)出的光，僅有較小的一部分達(dá)到傳感器陣列，被探測(cè)器接收形成干設(shè)圖樣。WW.V.Sorin 公開的光路結(jié)構(gòu)而言，當(dāng)傳感器陣列反射的光信號(hào)通過光纖禪合器1時(shí)，只有一半的光進(jìn) 入Michelson自相關(guān)器，而另一半光沿與光源相連的光路損耗掉。另外，進(jìn)入Michelson自 相關(guān)器的光，被反射鏡反射后經(jīng)過禪合器2時(shí)又只有一半光進(jìn)入光電探測(cè)器，另一半光回 饋到禪合器1中。因此，該種結(jié)構(gòu)最多只有1/4的光源功率對(duì)傳感過程有貢獻(xiàn)。另外，經(jīng)過 禪合器1回饋的光會(huì)直接進(jìn)入光源，雖然使用的光源類型為寬譜光，與激光光源相比，對(duì)回 饋不十分敏感，但是過大的信號(hào)功率反饋，特別是對(duì)于SLD和ASE等自發(fā)福射增益較大的光 源，回饋光會(huì)引起光源的較大的噪聲。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[000引本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、操作調(diào)節(jié)容易的基于Sagnac-Fizeau級(jí)聯(lián)型解調(diào)干設(shè)儀的低相干多路復(fù)用準(zhǔn)分布光纖應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)。
[0009] 本實(shí)用新型的目的是該樣實(shí)現(xiàn)的：
[0010] 低相干多路復(fù)用準(zhǔn)分布光纖應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，由寬譜光源1、四端口光纖環(huán)行器 2、Sagnac-Fizeau級(jí)聯(lián)型解調(diào)干設(shè)儀3、傳輸光纖4、光纖傳感器陣列5、光電探測(cè)信號(hào)放 大器6W及信號(hào)處理單元7組成，寬譜光源發(fā)出的光經(jīng)由四端口光纖環(huán)行器后被注入到 Sagnac-Fizeau級(jí)聯(lián)型解調(diào)干設(shè)儀，Sagnac-Fizeau級(jí)聯(lián)型解調(diào)干設(shè)儀產(chǎn)生光程差可調(diào)的 兩束問訊光信號(hào)，經(jīng)由四端口光纖環(huán)行器后通過傳輸光纖被送入光纖傳感器陣列，由傳感 器陣列反射回來的干設(shè)信號(hào)光再次通過傳輸光纖，經(jīng)由四端口光纖環(huán)行器被光電探測(cè)器接 收并被放大，信號(hào)最后經(jīng)由信號(hào)處理單元處理后給出測(cè)量結(jié)果。
[0011] Sa即ac-Fizeau級(jí)聯(lián)型解調(diào)干設(shè)儀是通過將Sa即ac環(huán)形光纖反射鏡與一個(gè)光纖 自聚焦透鏡準(zhǔn)直器相連接構(gòu)成的，光纖自聚焦透鏡準(zhǔn)直器被固定在一個(gè)精密滑移臺(tái)的基座 上，一個(gè)平面光學(xué)反射鏡被固定在可W滑移的平臺(tái)上，正對(duì)著光纖自聚焦透鏡準(zhǔn)直器，構(gòu)成 了一個(gè)光程可調(diào)的Fizeau干設(shè)儀。
[0012] 光纖傳感器陣列由首尾依次串接的光纖傳