一种基于布里渊相移检测的动态应变测量装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于布里渊相移检测的动态应变测量装置，其特征是，包括顺序连接的激光器、耦合器、微波电光频移装置、第一相位调制器、传感光纤，耦合器与第二相位调制器、脉冲发生器、环形器、传感光纤顺序连接；环形器顺序连接光电探测�？�、射频解调�？�、信号处理�？椋坏谝幌辔坏髦破魉承蛄由淦敌藕旁�、射频解调�？�。本实用新型保持了传统布里渊光纤传感器结构及其在应变测量领域的优势，通过引入两个相位调制器分别实现光学外差检测和泵浦光谱展宽，有效降低了测量时间和提高了应变动态测量范围。
【专利说明】一种基于布里渊相移检测的动态应变测量装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及动态应变测量技术，具体是一种基于布里渊相移检测的动态应变
测量装置。
【背景技术】
[0002]基于光纤中布里渊散射效应的分布式传感是近年来研究的热点技术，它可以感知整条光纤传感链路上应变的空间分布和随时间变化的信息，在桥梁、建筑、大坝等重大结构的健康安全监测中有重要应用前景。基于传感光纤中探测信号光与相向传输的泵浦光受激布里渊散射效应的布里渊分布光纤传感器，增强了探测信号，改善了信噪比，传感距离较远。然而，缩短测量时间和提高应变动态测量范围是其应用于结构健康安全监测的关键和难点。传统上，该技术基于探测信号光的强度检测，存在诸多不足:需要对泵浦光和探测信号光的频率差进行扫频以获取传感光纤的布里渊频移；为提高检测信号信噪比，需要对每个扫频点信号进行取样叠加平均以降低强度噪声影响等。上述过程极为耗时，限制了其在动态应变测量中的应用。目前，该技术应用于测量动态应变的报道中，应用的是传感光纤本征布里渊增益谱，对应的布里渊相移线性区极窄约?35MHz (对应?700μ ε )，大大限制了应变动态测量范围。
实用新型内容
[0003]为克服上述基于受激布里渊散射效应的光纤传感器在检测时间和应变动态测量范围方面的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于布里渊相移检测的动态应变测量装置，该装置有效降低测量时间和大大提高应变动态测量范围。
[0004]实现本实用新型目的的技术方案是:
[0005]一种基于布里渊相移检测的动态应变测量装置，包括顺序连接的激光器、耦合器、微波电光频移装置、第一相位调制器、传感光纤，耦合器与第二相位调制器、脉冲发生器、环形器、传感光纤顺序连接；
[0006]所述的环形器顺序连接光电探测�？�、射频解调�？�、信号处理�？椋�
[0007]所述第一相位调制器顺序连接射频信号源、射频解调�？椋�
[0008]所述第一相位调制器通过第一掺铒光纤放大器与传感光纤连接；
[0009]第二掺铒光纤放大器与脉冲发生器和环形器连接。
[0010]本实用新型的优点在于:
[0011]保持了传统布里渊光纤传感器结构及其在应变测量领域的优势，通过引入两个相位调制器分别实现光学外差检测和泵浦光谱展宽，有效降低了测量时间和提高了应变动态测量范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为实施例中基于布里渊相移检测的动态应变测量装置的结构示意图；[0013]图2为实施例中脉冲泵浦光波、探测信号光波频谱分布示意图；
[0014]图3为实施例中频谱展宽后的泵浦光产生的布里渊相移谱示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和实施例对本实用新型内容作进一步阐述，但不是对本发明的限定。
[0016]实施例:
[0017]参照图1，一种基于布里渊相移检测的动态应变测量装置，包括顺序连接的激光器
1、耦合器2、微波电光频移装置3、第一相位调制器4、传感光纤6，耦合器与第二相位调制器10、脉冲发生器9、环形器7、传感光纤6顺序连接；
[0018]所述的环形器7顺序连接光电探测�？�11、射频解调�？�12、信号处理�？�14 ；
[0019]所述第一相位调制器4顺序连接射频信号源13、射频解调�？�12。
[0020]所述第一相位调制器4通过第一掺铒光纤放大器5与传感光纤6连接。
[0021]设有第二掺铒光纤放大器8与脉冲发生器9和环形器7连接。 [0022](I)激光器I的光信号经耦合器分成两路光波:第一路光波经微波电光频移装置3宽带频移后与第一相位调制器4连接，用于产生本振光波和探测信号光波，第一相位调制器4的第二输入端与射频信号源13连接,所述第一相位调制器4的输出光波经第一掺铒光纤放大器5放大后注入传感光纤6,传感光纤6的输出端与环形器7的第二端口 7-2连接；
[0023]第二路光波经第二相位调制器10频谱展宽后与脉冲发生器9连接，用于产生宽带布里渊脉冲泵浦光，脉冲发生器9的输出光脉冲经第二掺铒光纤放大器8放大后连接环形器7第一端口 7-1注入传感光纤6 ；
[0024]环形器7的第三端口 7-3将本振光和探测信号光输出至光电转换�？�11，光电转换�？�11产生的拍频信号与射频信号源13同时输入射频解调�？�12进行相干检测获取探测信号光的布里渊相移，最后由信号处理模块14完成所述传感光纤6应变信息的解调。
[0025]本实用新型基于探测信号光布里渊相移检测测量传感光纤动态应变装置的原理如下:
[0026]图2中，Coci为激光器I的角频率；ωω为第一路激光经微波电光宽带频移后的本振光角频率；ωκρ为射频信号源13的工作角频率；g(?)为泵浦光产生的布里渊增益谱；δ ωρ为展宽的泵浦光全宽半高谱宽。
[0027]图3中，Λ ω为频率失谐量，Δ ω = ωm+ωRF-ω0+ΩΒ(ζ) , ΩΒ(ζ)为传感光纤的布里渊频移；Osbs为探测信号光的布里渊相移。
[0028]传感光纤本征布里渊增益谱带宽窄，应变测量动态范围小。宽带光泵浦的布里渊散射理论表明有效布里渊增益谱为泵浦光谱与本征布里渊增益谱的卷积；泵浦光带宽远大于本征布里渊增益谱带宽的情况下，有效布里渊增益谱与泵浦光谱形状基本相同。本实用新型通过外加相位调制器展宽泵浦光谱宽并进而增加传感光纤布里渊增益谱及其对应的布里渊相移谱线性区。
[0029]本振光和信号光在光电转换模块上拍频产生的角频率为《KF的电信号为:
[0030]/(/) = R^PlPiinilGsiJA(O) cos(Αω) + Αφ](I)[0031]上式中，R表示光电探测模块的响应度九和Pprobe分别表示本振光和探测信号光的功率；Gsbs(A ω)表示泵浦光对探测信号光的布里渊增益系数，其中Δ ω为频率失谐量，Δ Q = Qm+QRF-Q0+QB(z) , Ωβ(Ζ)为传感光纤的布里渊频移,是位置坐标Z的函数,与传感光纤所受的应变大小有光；Osbs (△ ω)为探测信号由脉冲泵浦光受激布里渊放大产生布里渊相移，包含有待测应变信息；△ Φ为探测信号光与本振光由于光纤色散产生相位差，由于两者频率差仅为IGHz,因此Δ φ ~ O。
[0032](2)所述光电转换�？�11产生的拍频信号与射频信号源13通过射频解调�？�12相干解调，获取探测信号光的布里渊相移Osbs ( Λ ω)，具体关系如下:
[0033]
【权利要求】
1.一种基于布里渊相移检测的动态应变测量装置，其特征是，包括顺序连接的激光器(I)、耦合器(2)、微波电光频移装置(3)、第一相位调制器(4)、传感光纤(6)，耦合器与第二相位调制器(10)、脉冲发生器(9)、环形器(7)、传感光纤(6)顺序连接； 所述的环形器(7)顺序连接光电探测�？�(11)、射频解调�？�(12)、信号处理�？�(14)； 所述第一相位调制器(4)顺序连接射频信号源(13)、射频解调模块(12)。
2.根据权利要求1所述的基于布里渊相移检测的动态应变测量装置，其特征是，所述第一相位调制器(4 )通过第一掺铒光纤放大器(5 )与传感光纤(6 )连接。
3.根据权利要求1所述的基于布里渊相移检测的动态应变测量装置，其特征是，设有第二掺铒光纤放大器(8 )与脉冲发生器(9 )和环形器(7 )连接。
【文档编号】G01B11/16GK203719635SQ201420006594
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年1月6日 优先权日:2014年1月6日
【发明者】秦祖军, 熊显名, 叶松, 蒋曲博, 王新强, 梁国令, 吕媛 申请人:桂林电子科技大学
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