一種基于光纖環(huán)形激光器的彎曲傳感測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供了一種基于光纖環(huán)形激光器的彎曲傳感測(cè)量系統(tǒng)，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖彎曲傳感器較之傳統(tǒng)的彎曲傳感器，具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、耐腐蝕、質(zhì)量輕、體積小和易于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，可用于監(jiān)測(cè)橋梁的彎曲形變、道路的路基沉降和鐵路軌道的彎曲變形等，也可用于監(jiān)測(cè)一些高精度的儀器設(shè)備和重要建筑結(jié)構(gòu)的彎曲變形等，有著廣泛的應(yīng)用。
[0003]現(xiàn)有的光纖彎曲傳感器主要包括兩種:光強(qiáng)調(diào)制型和波長(zhǎng)調(diào)制型。前者，對(duì)光源的光強(qiáng)穩(wěn)定性要求較高，通常需采用參考光路的方式來補(bǔ)償光源不穩(wěn)定因素的影響，而這必然增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性；后者通過檢測(cè)特定輸出光波長(zhǎng)的變化解調(diào)待測(cè)物體的彎曲程度，降低了對(duì)光源光強(qiáng)穩(wěn)定性的要求，具有測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)定、重復(fù)性好的優(yōu)勢(shì)。進(jìn)一步，目前波長(zhǎng)調(diào)制型光纖彎曲傳感器主要有光纖光柵型和光纖干涉儀型。光纖光柵傳感器基于布拉格波長(zhǎng)隨被測(cè)物體彎曲程度而發(fā)生漂移，具有較大的測(cè)量范圍，廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的健康檢測(cè)。但是，光纖光柵的制備需使用紫外激光于載氫光纖刻寫技術(shù)，其設(shè)備復(fù)雜而昂貴，且布拉格波長(zhǎng)的漂移易受環(huán)境溫度的影響，從而給測(cè)量帶來誤差。光纖干涉儀型彎曲傳感器，包括馬赫-曾德干涉儀、邁克遜干涉儀和法布里-珀羅干涉儀等，具有結(jié)構(gòu)緊湊、制備簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn)，成為近來研究的熱點(diǎn)。利用光的相長(zhǎng)或相消干涉，通過測(cè)量輸出光光譜中諧振峰中心波長(zhǎng)的變化從而確定被測(cè)物體的彎曲程度。由于它們通常使用寬帶光源，因此探測(cè)信號(hào)，即輸出光譜中特定的諧振峰，對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)很弱。另一方面，干涉儀輸出的干涉譜對(duì)比度較低，通常為3-20dB，且諧振峰的3dB帶寬(FWHM)較大，約幾納米到幾十納米，從而很難準(zhǔn)確地確定諧振峰的中心波長(zhǎng)，導(dǎo)致被測(cè)物體彎曲程度測(cè)量誤差較大。同時(shí)，這些光纖干涉儀往往對(duì)環(huán)境溫度較為敏感，這也一定程度上增大了彎曲測(cè)量的誤差。
[0004]將一個(gè)單模-細(xì)芯-單模結(jié)構(gòu)的光纖干涉儀連接于光纖環(huán)形激光器的諧振腔光路中，構(gòu)成一個(gè)基于光纖環(huán)形激光器的彎曲傳感測(cè)量系統(tǒng)。該光纖干涉儀一方面起到彎曲傳感的作用，一方面作為光學(xué)濾波器，從而使得激光器輸出激光的中心波長(zhǎng)受彎曲的調(diào)制。通過測(cè)量激光器輸出激光的中心波長(zhǎng)即可獲得被測(cè)物體的彎曲程度。激光器輸出激光具有光強(qiáng)大、超窄線寬的特性，為其中心波長(zhǎng)的準(zhǔn)確確定提供了保證。另一方面，由于單模-細(xì)芯-單模結(jié)構(gòu)的光纖干涉儀長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于激光諧振腔的長(zhǎng)度，因此該彎曲傳感測(cè)量系統(tǒng)幾乎不受光纖干涉儀溫度的影響，具有溫度不敏感的優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于光纖環(huán)形激光器的彎曲傳感測(cè)量系統(tǒng)，克服現(xiàn)有光纖彎曲傳感器存在的探測(cè)信號(hào)弱、帶寬較大，且易受環(huán)境溫度影響的缺點(diǎn)，通過測(cè)量輸出激光的中心波長(zhǎng)，從而準(zhǔn)確地獲得被測(cè)物體的彎曲程度。該系統(tǒng)具有探測(cè)信號(hào)強(qiáng)、信噪比高、線寬窄、靈敏度高和溫度不敏感的特點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]—種基于光纖環(huán)形激光器的彎曲傳感測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)由泵浦激光器⑴、波分復(fù)用器⑵、摻鉺光纖⑶、光隔離器(4)、1*2型光纖耦合器(5)、細(xì)芯光纖(6)、光纖光譜儀(7)、偏振控制器(8)和連接光纖(9)組成。其中，波分復(fù)用器(2) —邊的兩個(gè)端口分別經(jīng)連接光纖(9)與泵浦激光器(I)以及摻鉺光纖(3)相連接，波分復(fù)用器(2)另一邊的一個(gè)端口經(jīng)連接光纖(9)與偏振控制器(8)的一端相連接；摻鉺光纖(3)的另一端與光隔離器(4)的一端相連接，光隔離器(4)的另一端經(jīng)連接光纖(9)與1*2型光纖耦合器(5)的獨(dú)立端相連，而1*2型光纖分束器(5)的另一邊的兩個(gè)端口分別經(jīng)連接光纖(9)與細(xì)芯光纖(6)和光纖光譜儀(7)相連；細(xì)芯光纖(6)的另一端經(jīng)連接光纖(9)與偏振控制器(8)的另一端相連接。
[0008]所述的一種基于光纖環(huán)形激光器的彎曲傳感測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:泵浦激光器⑴的輸出波長(zhǎng)可為980nm和1480nm，對(duì)應(yīng)波分復(fù)用器⑵可采用980/1550nm和1480/1550nm型光纖波分復(fù)用器；摻鉺光纖(3)的長(zhǎng)度為l_10m。
[0009]所述的一種基于光纖環(huán)形激光器的彎曲傳感測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:光隔離器(4)為1550nm光纖光隔離器。
[0010]所述的一種基于光纖環(huán)形激光器的彎曲傳感測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:1*2型光纖耦合器(5)的分光比值較小的一端經(jīng)連接光纖(9)與光纖光譜儀(7)相連，其分光比值大的一端經(jīng)連接光纖(9)與細(xì)芯光纖(6)相連。
[0011]所述的一種基于光纖環(huán)形激光器的彎曲傳感測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:細(xì)芯光纖
(6)的芯徑為2-4 μ m,長(zhǎng)度為5-200mm ;連接光纖(9)可采用G.652、G.653和G.655單模光纖。
[0012]本發(fā)明的工作原理是:參見附圖1，波分復(fù)用器(2)、摻鉺光纖(3)、光隔離器(4)、1*2型光纖f禹合器(5)、細(xì)芯光纖(6)、偏振控制器(8)和若干連接光纖(9)構(gòu)成光纖環(huán)形激光器的諧振腔。腔內(nèi)摻鉺光纖(3)充當(dāng)激光工作物質(zhì)，隔離器(4)只允許腔內(nèi)光朝一個(gè)方向傳輸，1*2型光纖I禹合器的分光比較小的一端作為激光器的輸出端。泵浦激光器(I)輸出的激光經(jīng)波分復(fù)用器(2)耦合進(jìn)激光諧振腔，泵浦激光工作物質(zhì)(3)，產(chǎn)生C波段激光。細(xì)芯光纖(6)與兩端相連的連接光纖(9)構(gòu)成單模-細(xì)芯-單模結(jié)構(gòu)的光纖干涉儀。從而使得光纖環(huán)形激光器輸出激光的中心波長(zhǎng)受彎曲的調(diào)制。通過測(cè)量激光器輸出激光的中心波長(zhǎng)即可獲得被測(cè)物體的彎曲程度。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:將一個(gè)單模-細(xì)芯-單模結(jié)構(gòu)的光纖干涉儀連接于光纖環(huán)形激光器的諧振腔光路中，構(gòu)成一個(gè)基于光纖環(huán)形激光器的彎曲傳感測(cè)量系統(tǒng)。該光纖干涉儀一方面起到彎曲傳感的作用，一方面作為光學(xué)濾波器，從而使得激光器輸出激光的中心波長(zhǎng)受彎曲的調(diào)制。通過測(cè)量激光器輸出激光的中心波長(zhǎng)即可獲得被測(cè)物體的彎曲程度。激光器輸出激光具有光強(qiáng)大和超窄線寬的特性，有利于其中心波長(zhǎng)的準(zhǔn)確測(cè)定，即為準(zhǔn)確測(cè)量被測(cè)物體的彎曲程度提供了保證。另一方面，由于單模-細(xì)芯-單模結(jié)構(gòu)的光纖干涉儀長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于激光諧振腔的長(zhǎng)度，因此該彎曲傳感測(cè)量系統(tǒng)幾乎不受光纖干涉儀溫度的影響，即該彎曲傳感測(cè)量系統(tǒng)具有溫度不敏感的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的基于光纖環(huán)形激光器的彎曲傳感測(cè)量系統(tǒng)示意圖；
[0015]圖2是本發(fā)明的典型輸出激光光譜圖；
[0016]圖3是本發(fā)明的不同彎曲程度的輸出激光光譜圖；
[0017]圖4是本發(fā)明的不同彎曲程度的輸