專利名稱:一種雙基準(zhǔn)長(zhǎng)度低相干光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)傳感解調(diào)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種測(cè)量裝置，具體地說(shuō)是一種雙基準(zhǔn)長(zhǎng)度低相干環(huán)形網(wǎng)絡(luò)解調(diào) 方法及其傳感裝置
背景技術(shù)：
使用寬光譜、相干長(zhǎng)度很短的低相干光源的光纖干涉測(cè)量系統(tǒng)被稱為光纖白光干 涉儀。作為干涉技術(shù)的一個(gè)分支，光纖白光干涉儀對(duì)電磁干擾不敏感，頻響高，環(huán)境適應(yīng)性 強(qiáng)。白光干涉信號(hào)具有很好的對(duì)比度，光纖白光干涉在高精度定位方面有著廣泛的應(yīng)用。干 涉儀中的光纖很細(xì)，對(duì)基體材料強(qiáng)度影響很小，可方便的埋入結(jié)構(gòu)材料中，是具有靈巧結(jié)構(gòu) 的傳感器之一。廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)、石化工業(yè)、加速器、環(huán)境、生物醫(yī)學(xué)、智能結(jié)構(gòu)、電力、 噪聲監(jiān)控等領(lǐng)域。
近年來(lái)，白光干涉?zhèn)鞲屑夹g(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)物理量以及單一位置點(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，這往往需要對(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、大壩、橋梁等) 的無(wú)損檢測(cè)與監(jiān)測(cè)以確定其安全的過(guò)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)變以及溫度等信息進(jìn)行提取。如此，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)僅以單點(diǎn)傳感器進(jìn)行連接，無(wú)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(wèn)詢，這不僅極大簡(jiǎn)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)。
與其它類(lèi)型的光纖傳感器比較，基于空分復(fù)用技術(shù)構(gòu)成傳感系統(tǒng)是白光干涉?zhèn)鞲?技術(shù)的一個(gè)特色。在白光干涉?zhèn)鞲邢到y(tǒng)中，通常要求各個(gè)傳感器長(zhǎng)度各不相同，則對(duì)于復(fù)用 陣列中的傳感器在其各自相干長(zhǎng)度內(nèi)，只存在單一的白光干涉信號(hào)。通過(guò)分立參考干涉儀 的時(shí)間或空間光程掃描，對(duì)多傳感器的區(qū)分，實(shí)現(xiàn)待測(cè)物理量的解調(diào)與問(wèn)詢，很方便的實(shí)現(xiàn) 多路復(fù)用，而勿需更復(fù)雜的時(shí)間或者頻率復(fù)用技術(shù)。這種復(fù)用技術(shù)，由于各個(gè)傳感器所對(duì)應(yīng) 的干涉信號(hào)在光程掃描空間內(nèi)的分立性，所以也稱為空分復(fù)用技術(shù)(SDM)。
[YUAN L B, ZHOU L Μ, JIN W. Quasi-distributed strain sensing withwhite-light interferometry -.a novel approach, Optics Letters, 25,1074—1076, 2000]發(fā)展的空分復(fù)用技術(shù)(SDM)，通過(guò)分立參考干涉儀進(jìn)行時(shí)間和空間連續(xù)光程掃描，即 可實(shí)現(xiàn)對(duì)多傳感器的解調(diào)和問(wèn)詢，從而很方便的實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精 度尚。
申請(qǐng)人:于2006年公開(kāi)了多路復(fù)用光纖干涉儀及其嵌套構(gòu)建方法(中國(guó)專利公開(kāi) 號(hào)CA1963399A)，發(fā)明了可以構(gòu)造傳感器陣列和網(wǎng)絡(luò)的全光纖干涉儀光纖及其實(shí)現(xiàn)方法，
3解決光纖干涉儀的多路復(fù)用問(wèn)題；申請(qǐng)人于2007年公開(kāi)的低相干絞扭式類(lèi)Sagnac光纖形 變傳感裝置(中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)101074867A)，主要用來(lái)解決光纖傳感器陣列布設(shè)過(guò)程中的 抗毀壞的問(wèn)題。在上述應(yīng)用中，特別是白光干涉儀連接有光纖傳感器陣列時(shí)，本地的解調(diào)干 涉儀與遠(yuǎn)端的傳感干涉儀的光程通過(guò)光程匹配來(lái)實(shí)現(xiàn)光纖傳感器陣列的問(wèn)訊與解調(diào)。這樣 傳感干涉儀陣列可以是完全無(wú)源的，其好處是陣列中輸出的多個(gè)干涉信號(hào)對(duì)本地解調(diào)干涉 儀和傳感器陣列之間的連接光纖長(zhǎng)度的變化不靈敏，增強(qiáng)了測(cè)量的穩(wěn)定性和可靠性。
但上述基于空分復(fù)用的干涉儀結(jié)構(gòu)中，為了能保證陣列或者網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)傳感 器正常工作，需要傳感器之間的長(zhǎng)度差異大于測(cè)量范圍，同時(shí)也需要留有一定的余量，通常 其差值在10mm，或者更大。這樣解調(diào)干涉儀光程掃描范圍的大小將決定傳感網(wǎng)絡(luò)中光纖傳 感器連接數(shù)量，以光程掃描范圍為200mm的光纖延遲線為例，則理論上其最大連接傳感器 的個(gè)數(shù)為20個(gè)，顯然無(wú)法滿足大數(shù)量(幾百上千個(gè))傳感器復(fù)用的要求，急需一種有效的 方法，擴(kuò)展光程掃描范圍，增加傳感器的復(fù)用個(gè)數(shù)。
此外，光纖網(wǎng)絡(luò)中，有時(shí)連接的光纖傳感器長(zhǎng)度相差較大(例如1米以上)，例如 在智能結(jié)構(gòu)檢測(cè)中，特別是對(duì)于局部點(diǎn)應(yīng)變測(cè)量與大尺度形變監(jiān)測(cè)同時(shí)感知的應(yīng)用中，對(duì) 于這種長(zhǎng)度差異較大傳感器的同時(shí)測(cè)量有著特別迫切的需求。為了在一個(gè)光纖傳感系統(tǒng) 中，實(shí)現(xiàn)大小尺度傳感器的同時(shí)解調(diào)，目前的方法是更換為光程掃描長(zhǎng)度較長(zhǎng)的光學(xué)延遲 結(jié)構(gòu)，這將使系統(tǒng)的制作難度和體積成倍的增加；如果需要同時(shí)維持大小尺度傳感器的測(cè) 量精度、測(cè)量穩(wěn)定性、可靠性等技術(shù)指標(biāo)，以及減小溫度、振動(dòng)等環(huán)境因素對(duì)光程掃描機(jī)構(gòu) 的影響，將導(dǎo)致系統(tǒng)的復(fù)雜程度和造價(jià)呈幾何級(jí)數(shù)增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠擴(kuò)展光程掃描范圍，完成大小尺度光纖傳感器同 時(shí)問(wèn)詢和解調(diào)的一種雙基準(zhǔn)長(zhǎng)度低相干光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)傳感解調(diào)裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
雙基準(zhǔn)長(zhǎng)度低相干光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)傳感解調(diào)裝置，包括寬譜光源1、光電探測(cè)器2、 光纖4X4耦合器3、第一自聚焦透鏡組401、第二自聚焦透鏡組402，第一平面反射鏡組 501、第二平面反射鏡組502、單模光纖6，光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)7，所述的光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)是由多個(gè)長(zhǎng) 光纖傳感器801和多個(gè)短光纖傳感器802串接而成的，寬譜光源1、光電探測(cè)器2連接光纖 4 X 4耦合器3的兩個(gè)光纖輸入端，光纖4 X 4耦合器3的另外兩個(gè)光纖輸入端分別連接第一 自聚焦透鏡組401和第二自聚焦透鏡組402中的各一只，光纖4 X 4耦合器3的兩個(gè)光纖輸 出端通過(guò)單模光纖6連接光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)7，光纖4X4耦合器3的另外兩個(gè)光纖輸出端分別 連接第一自聚焦透鏡組401和第二自聚焦透鏡組402中的各另外一只。
所述的雙基準(zhǔn)長(zhǎng)度低相干光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)傳感解調(diào)裝置中，光纖4X4耦合器的兩 個(gè)臂連接自聚焦透鏡組401與反射鏡組501構(gòu)成第一基準(zhǔn)環(huán)，光纖4X4耦合器的兩個(gè)臂連 接自聚焦透鏡組402與反射鏡組502構(gòu)成第二基準(zhǔn)環(huán)，基準(zhǔn)環(huán)放置在可動(dòng)的微調(diào)平臺(tái)上，實(shí) 現(xiàn)光程調(diào)諧。
所述的第一基準(zhǔn)環(huán)和第二基準(zhǔn)環(huán)二者的長(zhǎng)度不同，分別與光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)7中的光 纖傳感器801和802的長(zhǎng)度相匹配；
所述的雙基準(zhǔn)長(zhǎng)度低相干光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)傳感解調(diào)裝置中，平面反射鏡組501、502由兩個(gè)垂直放置的平面反射鏡組成，兩平面反射鏡分別與自聚焦透鏡401、402呈45°角。
第一平面反射鏡組501和第二平面反射鏡組502的掃描運(yùn)動(dòng)速度V1和V2不同，或 者第一平面反射鏡組501和第二平面反射鏡組502的掃描運(yùn)動(dòng)分時(shí)進(jìn)行，用于不同長(zhǎng)度的 光纖傳感器的信號(hào)解調(diào)。
本發(fā)明的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的解調(diào)方法和傳感解調(diào)裝置的構(gòu)成及其工作原理為
光纖傳感網(wǎng)絡(luò)7是由一系列的不同長(zhǎng)度的光纖傳感器801、802首尾依次串接組 成。光纖傳感器801、802的結(jié)構(gòu)完全一致，其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，由一段長(zhǎng)度不同的單模光 纖803兩端加裝單模光纖插芯804構(gòu)成。傳感器801和802再利用光纖套管805連接構(gòu)成 串行陣列，這樣光纖套管連接的光纖插芯之間形成一個(gè)光學(xué)反射率 3%的光學(xué)反射 面805，如圖2所示。
寬譜光源1發(fā)出的光進(jìn)入單模光纖后，經(jīng)單模光纖4X4耦合器3將光分成四束， 其中兩束光分別經(jīng)過(guò)自聚焦透鏡401和402進(jìn)入兩個(gè)長(zhǎng)度不同的基準(zhǔn)環(huán)，另外兩束光經(jīng)單 模連接光纖6，相向而行進(jìn)入光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)7。如圖3所示，進(jìn)入基準(zhǔn)環(huán)的光束以入射到自 聚焦透鏡401的為例(進(jìn)入402的光束與其類(lèi)似)，如果從光源發(fā)出光強(qiáng)為Itl,則從401中 出射的功率減小為a;a的大小與4X4光纖耦合器的分光比有關(guān)；光束通過(guò)光程掃描反射 鏡組501的反射，回到另外一只自聚焦透鏡401中；此時(shí)光束再次經(jīng)過(guò)4X4耦合器3時(shí)，會(huì) 再次被分成四束，兩束光進(jìn)入兩個(gè)基準(zhǔn)環(huán)中不斷地循環(huán)，另外兩束光經(jīng)單模光纖6，再次進(jìn) 入到光纖網(wǎng)絡(luò)7中，依次遞推。上述光束除光強(qiáng)大小的區(qū)別外，主要是光束每經(jīng)過(guò)一次基準(zhǔn) 環(huán)，則光程增加量為
η ‘ 2L401+2 (X1+ Δ X1)(1)
式中η為光纖纖芯折射率；L4(I1為一個(gè)自聚焦透鏡的長(zhǎng)度，假設(shè)兩個(gè)自聚焦透鏡 的長(zhǎng)度相同；Xi為自聚焦透鏡組401與反射鏡組501之間固定距離，AX1為反射鏡組501的 移動(dòng)距離，即可變光程調(diào)諧量。
考察進(jìn)入光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)7其中的一束測(cè)量光束，被串行陣列中第j個(gè)光纖傳感器 長(zhǎng)度為^的前后兩個(gè)端面反射后，形成了兩束具有一定不同光程的反射測(cè)量信號(hào)，其差值 剛好為光束在光纖傳感器中行走的光程，即
η ‘ 21j(2)
光程較小的反射測(cè)量信號(hào)經(jīng)光纖4X4耦合器3進(jìn)入基準(zhǔn)環(huán)，在基準(zhǔn)環(huán)中循環(huán)一 次，經(jīng)由光纖4X4耦合器3回到探測(cè)器端，；另一束光程較大的反射測(cè)量信號(hào)直接經(jīng)4X4 耦合器3回到探測(cè)器端。如果基準(zhǔn)環(huán)的長(zhǎng)度恰為光纖傳感器的長(zhǎng)度(兩反射端面的距離)， 即
η ‘ 2L401+2 (X1+Δ X1) = η ‘ 21 j(3)
則兩束光在探測(cè)器表面相遇，發(fā)生光程匹配，產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，探測(cè)器獲得白光干涉 條紋。兩測(cè)量光束具有光程匹配關(guān)系時(shí)所得到的白光干涉條紋為中心條紋，即一個(gè)主極大 值，通過(guò)移動(dòng)微調(diào)平臺(tái)，來(lái)改變基準(zhǔn)環(huán)的長(zhǎng)度，使經(jīng)過(guò)基準(zhǔn)環(huán)的測(cè)量信號(hào)的光程發(fā)生變化， 可以獲得中心干涉條紋。中心條紋位置為測(cè)量提供了一一個(gè)可靠的絕對(duì)位置參考，當(dāng)光纖 傳感器由于外界待測(cè)物理量的影響使測(cè)量光程發(fā)生變化時(shí)，只需通過(guò)微調(diào)基準(zhǔn)環(huán)的長(zhǎng)度掃 描得到白光干涉條紋的位置變化，即可獲得被測(cè)量物理量的絕對(duì)值。進(jìn)而可知，不僅是這兩 束光，只要在任意傳感器前后兩個(gè)端面引入的光程差的測(cè)量光束，在基準(zhǔn)環(huán)的光程延遲的
5作用下，凡是能夠得到光程補(bǔ)償?shù)?，即在?biāo)準(zhǔn)環(huán)引入的光程差與在傳感器中引入的光程差 相等，都可以產(chǎn)生白光干涉現(xiàn)象。
由于光纖4X4光纖耦合器可以連接兩個(gè)基準(zhǔn)環(huán)，因此對(duì)于環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中的光纖傳 感器，可以有兩個(gè)光程匹配光纖；
/n-L,m +X, + AX, =n-L,、
^40'1 1 7(4) [n-Lw2 +X2 +ΔΧ2 = n-lt
式中η為光纖纖芯折射率；L4(I2為一個(gè)自聚焦透鏡402的長(zhǎng)度，假設(shè)兩個(gè)自聚焦透 鏡的長(zhǎng)度相同；x2為自聚焦透鏡組402與反射鏡組502之間固定距離，ΔΧ2為反射鏡組502 的移動(dòng)距離，即可變光程調(diào)諧量，Ii為第i個(gè)傳感器的長(zhǎng)度。
從式(4)可知，雙基準(zhǔn)環(huán)結(jié)構(gòu)同時(shí)具備兩個(gè)光程匹配條件，可以同時(shí)用于兩個(gè)傳 感器的長(zhǎng)度的解調(diào)。因此基準(zhǔn)環(huán)長(zhǎng)度的選取原則可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中傳感器的特性，大致區(qū)分 兩種情況和用途。
(1)如果環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中傳感器的數(shù)量較多，它們之間的長(zhǎng)度差異不大時(shí)，并且對(duì)于掃 描延遲量Δ&、ΔΧ2無(wú)法單獨(dú)的完成解調(diào)是，可以令
‘X1 ^ X2 ^ X
AX1 ^ AX2 ^ AX(5)
η · Z402 η ■ Z401 + IsX
這樣在不增加可變光程調(diào)諧量Δ X的前提下，只通過(guò)改變L4tll和L4tl2初值設(shè)置的大 小的調(diào)節(jié)，使兩個(gè)基準(zhǔn)環(huán)光程延遲量接續(xù)后，總光程延遲量增大一倍。對(duì)于L4tll和L4tl2的具 體數(shù)值選擇，可以將所有傳感器的長(zhǎng)度按照大小排序，從平均值為區(qū)分點(diǎn)分成兩組，將兩組 各自的長(zhǎng)度的平均值即為I1和I2，則令
{n-L,m = X + L,、
r 401 …1(6)
即可。
(1)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中傳感器長(zhǎng)度差異太大，也將所有傳感器的長(zhǎng)度按照大小排序，從長(zhǎng) 度的差異的跳變點(diǎn)為區(qū)分點(diǎn)，也將其分成兩組，同樣計(jì)算得出兩組各自的長(zhǎng)度的平均值I1 和I2，令
/(7)
I/7·丄402 = ^2 +/2
即可。
上述傳感裝置由于存在兩個(gè)光程匹配條件，因此在測(cè)量時(shí)，可能會(huì)有兩個(gè)傳感器 同時(shí)滿足光程匹配條件的情況，如果此時(shí)，兩個(gè)基準(zhǔn)環(huán)同時(shí)進(jìn)行光程掃描，則這樣兩個(gè)傳感 器的白光干涉條紋將會(huì)相互疊加，產(chǎn)生串?dāng)_，使白光干涉條紋的識(shí)別受到影響，這樣會(huì)降低 測(cè)量精度，嚴(yán)重時(shí)使測(cè)量無(wú)法進(jìn)行。一種可行的方法是基準(zhǔn)環(huán)的光程掃描分時(shí)進(jìn)行，即一個(gè) 基準(zhǔn)環(huán)的光程掃描反射鏡運(yùn)動(dòng)時(shí)，另外一個(gè)保持不動(dòng)，當(dāng)其完成全部光程掃描過(guò)程后，另外 一個(gè)再開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。這種分時(shí)操作的方法與單個(gè)光程掃描過(guò)程相比，使測(cè)量時(shí)間增加一倍。
另外一種巧妙的白光信號(hào)解調(diào)方法是，通過(guò)控制兩個(gè)基準(zhǔn)環(huán)內(nèi)的光程掃描發(fā)反射 鏡組的運(yùn)動(dòng)速度各不相同。根據(jù)多普勒效應(yīng)，光電探測(cè)器接收到的白光干涉信號(hào)的中心頻 率f可以表示為
6[0040]f = Y(8)
式中v為掃描反射鏡組的運(yùn)動(dòng)速度，T為白光光源的中心波長(zhǎng)。
假設(shè)V1基準(zhǔn)環(huán)1中掃描反射鏡組的運(yùn)動(dòng)速度，V2基準(zhǔn)環(huán)2中掃描反射鏡組的運(yùn)動(dòng) 速度，令
V1 = 2V2(9)
則有
= 2f2(9)
式中為序列1中光纖傳感器1的白光干涉信號(hào)的中心頻率，f2為序列2中光 纖傳感器2的白光干涉信號(hào)的中心頻率。
這樣即使傳感器1和2同時(shí)發(fā)生光程匹配，白光干涉條紋也僅在時(shí)域發(fā)生混疊，在 頻域還是各自獨(dú)立的，通過(guò)濾波處理，可以將兩個(gè)白光干涉信號(hào)加以區(qū)分。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)是
(1)本發(fā)明利用光纖4X4耦合器的兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸入端，分別連接不同長(zhǎng) 度的基準(zhǔn)環(huán)，并進(jìn)行光程調(diào)諧，在不改動(dòng)可變光程掃描范圍的前提下，增加了光程掃描的范 圍，一方面可以增加了傳感器的復(fù)用數(shù)量，另外一方面也可用于對(duì)大小尺度不同的光纖傳 感器進(jìn)行同時(shí)測(cè)量，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。
(2)本發(fā)明采用的雙基準(zhǔn)環(huán)，通過(guò)控制基準(zhǔn)環(huán)內(nèi)的掃描反射鏡工作在不同的掃描 速度，可以是來(lái)自于不同傳感器端面的白光干涉信號(hào)呈現(xiàn)不同信號(hào)頻率，實(shí)現(xiàn)了在空分復(fù) 用的基礎(chǔ)上的干涉信號(hào)的頻分復(fù)用，減小了測(cè)試時(shí)間。
(3)本發(fā)明基于空分復(fù)用技術(shù)，利用光纖4X4耦合器的兩個(gè)光纖輸出端，將多個(gè) 光纖傳感器進(jìn)行串聯(lián)嵌套，構(gòu)成光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)光纖傳感器布設(shè)的陣網(wǎng)絡(luò)化。
(4)本發(fā)明構(gòu)建的光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)及雙基準(zhǔn)環(huán)共用一個(gè)光纖4X4耦合器，提高了耦 合器的利用率，有效地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。
(5)本發(fā)明采用的光纖材料和器件均為標(biāo)淮光纖通信元件，成本價(jià)格低廉，容易獲 得，有利于推廣。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是光纖傳感器結(jié)構(gòu)及其連接方法示意圖。
圖3是光纖基準(zhǔn)環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述
圖1給出了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。雙基準(zhǔn)長(zhǎng)度的低相干光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)包括寬譜 光源1、光電探測(cè)器2、光纖4X4耦合器3、自聚焦透鏡組401、402，平面反射鏡組501、502、 單模光纖6，光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)7，其中的光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)是由多個(gè)光纖傳感器801、802串接而成。 平均長(zhǎng)度為200mm的光纖傳感器801數(shù)量取為5個(gè)，長(zhǎng)度各相差10mm，首尾相接串聯(lián)為一 列；平均長(zhǎng)度為200mm的光纖傳感器802數(shù)量也取為5個(gè)，長(zhǎng)度各相差10mm，也首尾相接串
7聯(lián)為一列；傳感器端面的光學(xué)反射率在 3%之間。光纖耦合器選取功率均為的工作波 長(zhǎng)為1310nm的4X4單模耦合器。光源選用中心波長(zhǎng)為1310nm，出纖功率為800 μ W，半譜 寬度為80nm的SLD光源，其相干長(zhǎng)度為10 μ m。
寬譜光源1、光電探測(cè)器2連接光纖4X4耦合器3的兩個(gè)光纖輸入端，光纖4X4 耦合器3的另外兩個(gè)光纖輸入端分別連接自聚焦透鏡401和402，其中兩個(gè)聚焦透鏡401的 長(zhǎng)度取為100mm，兩個(gè)聚焦透鏡402的長(zhǎng)度取為500mm ；光纖4X4耦合器3的兩個(gè)光纖輸出 端通過(guò)單模光纖6連接光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)7，光纖4X4耦合器3的另外兩個(gè)光纖輸出端分別連 接另外兩個(gè)自聚焦透鏡401和402。平面反射鏡組501、502由兩個(gè)垂直放置的平面反射鏡 組成，兩平面反射鏡分別與自聚焦透鏡4成45°角，掃描反射鏡的移動(dòng)距離取為100mm。單 個(gè)自聚焦透鏡401和402的插入損失范圍為0. 5dB,自聚焦透鏡與掃描反射鏡之間的插入損 耗為4 8dB。
寬譜光源1發(fā)出的光進(jìn)入單模光纖后，經(jīng)單模光纖4X4耦合器3將光分成四束， 其中兩束光進(jìn)入雙基準(zhǔn)環(huán)，兩束光經(jīng)單模連接光纖6進(jìn)入光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)7。進(jìn)入光纖環(huán)形網(wǎng) 絡(luò)7的測(cè)量光束被串行陣列中光纖傳感器的各個(gè)端面反射后，形成了一系列具有不同光程 的反射測(cè)量信號(hào)，在同一光纖傳感器端面上反射的信號(hào)，經(jīng)基準(zhǔn)環(huán)達(dá)到光程匹配，產(chǎn)生相干 疊加，輸出白光干涉圖樣。測(cè)量時(shí)，為了防止白光干涉信號(hào)發(fā)生混疊，使基準(zhǔn)環(huán)1中光程掃 描發(fā)反射鏡組的運(yùn)動(dòng)速度為lOmm/s，基準(zhǔn)環(huán)2的運(yùn)動(dòng)速度為20mm/s，其相對(duì)應(yīng)的中心信號(hào) 頻率為 = 7. 63kHz, f2 = 15. 27kHz。
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權(quán)利要求
一種雙基準(zhǔn)長(zhǎng)度低相干光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)傳感解調(diào)裝置，包括寬譜光源(1)、光電探測(cè)器(2)、光纖4×4耦合器(3)、第一自聚焦透鏡組(401)、第二自聚焦透鏡組(402)，第一平面反射鏡組(501)、第二平面反射鏡組(502)、單模光纖(6)，光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)(7)，所述的光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)是由多個(gè)長(zhǎng)光纖傳感器(801)和多個(gè)短光纖傳感器(802)串接而成的，其特征是寬譜光源(1)、光電探測(cè)器(2)連接光纖4×4耦合器(3)的兩個(gè)光纖輸入端，光纖4×4耦合器(3)的另外兩個(gè)光纖輸入端分別連接第一自聚焦透鏡組(401)和第二自聚焦透鏡組(402)中的各一只，光纖4×4耦合器(3)的兩個(gè)光纖輸出端通過(guò)單模光纖(6)連接光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)(7)，光纖4×4耦合器(3)的另外兩個(gè)光纖輸出端分別連接第一自聚焦透鏡組(401)和第二自聚焦透鏡組(402)中的各另外一只，光纖4×4耦合器的兩個(gè)臂連接第一自聚焦透鏡組(401)與第一平面反射鏡組(501)構(gòu)成第一基準(zhǔn)環(huán)，光纖4×4耦合器的兩個(gè)臂連接第二自聚焦透鏡組(402)與第二平面反射鏡組(502)構(gòu)成第二基準(zhǔn)環(huán)，基準(zhǔn)環(huán)放置在可動(dòng)的微調(diào)平臺(tái)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的雙基準(zhǔn)長(zhǎng)度低相干光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)傳感解調(diào)裝置，其特征 是第一基準(zhǔn)環(huán)與第二基準(zhǔn)環(huán)二者長(zhǎng)度不同，分別與光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)(7)中的長(zhǎng)光纖傳感器 (801)與短光纖傳感器(802)的長(zhǎng)度相匹配。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的雙基準(zhǔn)長(zhǎng)度低相干光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)傳感解調(diào)裝置，其特征是 第一平面反射鏡組(501)、第二平面反射鏡組(502)由兩個(gè)垂直放置的平面反射鏡組成，兩 平面反射鏡分別與第一自聚焦透鏡組(401)、第二自聚焦透鏡組(402)呈45°角。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的雙基準(zhǔn)長(zhǎng)度低相干光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)傳感解調(diào)裝置，其特征是 第一平面反射鏡組(501)和第二平面反射鏡組(502)的掃描運(yùn)動(dòng)速度vl和v2不同，或者 第一平面反射鏡組(501)和第二平面反射鏡組(502)的掃描運(yùn)動(dòng)分時(shí)進(jìn)行。
專利摘要
本發(fā)明提供的是一種雙基準(zhǔn)長(zhǎng)度低相干光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)傳感解調(diào)裝置。包括寬譜光源、光電探測(cè)器、光纖4×4耦合器、自聚焦透鏡、角錐平面反射鏡組、單模光纖、光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)是由多個(gè)不同長(zhǎng)度的光纖傳感器串接而成；寬譜光源、光電探測(cè)器連接光纖4×4耦合器的兩個(gè)光纖輸入端，光纖4×4耦合器的另外兩個(gè)光纖輸入端分別連接自聚焦透鏡，光纖4×4耦合器的兩個(gè)光纖輸出端通過(guò)單模光纖連接光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，光纖4×4耦合器的另外兩個(gè)光纖輸出端分別連接自聚焦透鏡。本發(fā)明通過(guò)雙基準(zhǔn)光程可調(diào)諧的光纖環(huán)形腔，實(shí)現(xiàn)光程掃描范圍的擴(kuò)展，增加傳感器復(fù)用的數(shù)量；具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，測(cè)量精度高，成本價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04B10/12GKCN101325455 B發(fā)布類(lèi)型授權(quán) 專利申請(qǐng)?zhí)朇N 200810136821
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2008年7月30日
發(fā)明者劉艷磊, 楊軍, 苑立波 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (3), 非專利引用 (2),