一种互参考的光纤激光静态应变传感解调系统的利记博彩app
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光纤传感领域，尤其涉及一种互参考的光纤激光静态应变传感解调系 统。
【背景技术】
[0002] 目前，光纤传感器、尤其是光纤光栅传感器，在地壳形变观测中的应用成为了这个 领域的研究热点。光纤光栅（FBG)传感器作为光纤传感器家族中的一种主流传感元件，已 经在智能材料与结构的应变测量中获得广泛的应用。但是，市场上广泛使用的FBG应变解 调仪的应变测量精度一般为Iye，如果要将其应用于地形变观测中，其应变观测精度远 远到不到要求。虽然，目前有很多技术可以提高FBG的高频段应变测量精度（如光频梳技 术、激光反馈锁频技术、光纤环技术等），能够实现分辨率小于Pe/VHz(100Hz-IOOkHz) 的应变测量（J.H.Chow，etal.，"Demonstrationofapassivesubpicostrainfiber strainsensor，"Opticsletters，2005)。而实现高精度的静态/超低频应变（地壳形变 是一种非常低频、周期为12小时的应变/应力信号）测量却十分困难。
[0003] 2011年以来，人们提出了多个基于可调谐激光器和参考光栅提高FBG/或者 FBG-FP(基于FBG的干涉仪）的静态应变测量精度的方法，比如日本东京大学的Qinwen Liu等人实现了 5. 8ne/VHz的超低频准静态应变测量，并将该项技术引入了地壳形变 观测中(Q.Liu,etal.，"Ultra-high-resolutionlarge-dynamic-rangeopticalfiber staticstrainsensorusingPound-Drever-Halltechnique，'，Opticsletters，2011)〇 2014年中国科学院半导体研究所的黄稳柱等人提出了使用相移光栅和小波降噪算法来 进一步提高FBG的静态应变测量精度（WenzhuHuang，etal.，"JT-phase-shiftedFBGfor high-resolutionstatic-strainmeasurementbasedonwaveletthresholddenoising algorithm"，et.al.,JournalofLightwaveTechnology，2014)。同年，黄稳柱等人也申请 了基于光纤光栅的高精度静态应变解调技术的相关专利（比如，黄稳柱等，一种高精度光 纤光栅低频应变传感解调系统，201410181113. 6,国家发明专利）。
[0004] 但是，以上的所有方案中，其测量精度都主要受限于可调谐激光器的波长快速扫 描非线性。就算世界上最好的一款窄线宽激光器之一（丹麦NKT公司的窄线宽快速可调谐 激光器），其PZT波长快速扫描过程也同样具有较为严重的波长扫描非线性，这直接影响了 最终的波长/应变解调分辨率或精度。目前还没有见到在高精度光纤光栅静态应变测量中 解决可调谐激光器的扫描非线性问题的报道。同时，对于静态应变测量，参考光纤光栅的温 度灵敏度和传感器光纤光栅的温度灵敏度需要保持一致，才能正确的实现温度补偿，但实 际上由于光纤掺杂成份比例、光栅制作工艺等并不能保证完全相同，如何补偿掉/消除这 微小的差异对解调精度影响也没有见到相关报道。
[0005] 鉴于此，本发明提出一种基于互参考的光纤激光静态应变传感解调系统，使用一 个窄线宽可调谐激光器和两个有源光纤光栅（光纤激光器），通过拍频原理、设计互补偿光 路以及互补偿算法，实现高精度的静态应变测量。重点解决现有无源光纤光栅高精度静态 应变解调技术中可调谐激光器扫描非线性对解调精度的限制问题，以及参考光栅与传感光 栅之间温度灵敏度不一致对解调结果的影响问题。
【发明内容】
[0006] (一）要解决的技术问题
[0007] 有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种互参考的光纤激光静态应变传感解调系 统，以提高光纤光栅静态应变解调精度，解决无源光纤光栅高精度静态应变解调技术中可 调谐激光器扫描非线性对解调精度的限制问题，以及解决参考光栅与传感光栅之间温度灵 敏度不一致对解调结果的影响问题。
[0008] (二）技术方案
[0009] 为达到上述目的，本发明提供了 一种互参考的光纤激光静态应变传感解调系统， 该系统包括980nm栗浦源光源l、980nm耦合器2、第一波分复用器31、第二波分复用器32、 第一偏振控制器41、第二偏振控制器42、传感用光纤激光器13、参考用光纤激光器14、第一 1550nm隔离器51、第二1550nm隔离器52、第一合束器61、第二合束器62、第三合束器63、信 号发生器11、窄线宽可调谐激光器12、第三1550nm隔离器53、第三偏振控制器43、1550nm 耦合器15、第一探测器71、第二探测器72、第三探测器73、采集卡8、解调算法单元9和控制 处理器10,其中：
[0010] 980nm栗浦光源1发出的光通过980nm耦合器2被一分为二，其中一束光依次通 过第一波分复用器31、第一偏振控制器41使传感用光纤激光器13激射出一 1550nm激光， 该1550nm激光返回进入第一 1550nm隔离器51，再进入第一合束器61，并从第一合束器61 分别进入第三合束器63和第二探测器72 ;另一束光依次通过第二波分复用器32、第二偏 振控制器42使参考用光纤激光器14激射出一 1550nm激光，该1550nm激光返回进入第二 1550nm隔离器52,再进入第二合束器62,并从第二合束器62分别进入第三合束器63和第 三探测器73 ;
[0011] 与此同时，控制处理器10控制信号发生器11发生信号，用以调谐窄线宽可调谐激 光器12 ;窄线宽可调谐激光器12输出的1550nm激光依次经过第三1550nm隔离器53、第三 偏振控制器43、1550nm親合器15被一分为二，然后分别进入第一合束器61和第二合束器 62,并分别从第一合束器61和第二合束器62进入第三合束器63,然后再从第三合束器63 进入第一探测器71 ;
[0012] 第一探测器71、第二探测器72、第三探测器73分别使第一合束器61、第二合束器 62、第三合束器63进行拍频，采集卡8采集三组拍频信号，再通过解调算法单元9实现传感 用光纤激光器13的应变解调、温度补偿、波长调谐非线性补偿。
[0013] 上述方案中，所述窄线宽可调谐激光器12的输出激光，与传感用光纤激光器13、 参考用光纤激光器14的反射激光具有相近的线宽。
[0014] 上述方案中，所述传感用光纤激光器13和所述参考用光纤激光器14是分布反馈 式有源光纤光栅或分布反射式有源光纤光栅。
[0015] 上述方案中，在所述第一合束器61中汇合了传感用光纤激光器13和窄线宽可调 谐激光器12的两束激光；在所述第二合束器62汇合了参考用光纤激光器14和窄线宽可调 谐激光器12的两束激光；在所述第三合束器63同时汇合了参考用光纤激光器13、参考用 光纤激光器14、窄线宽可调谐激光器12的三束激光。
[0016] 上述方案中，所述采集卡8采集的三组拍频信号，其频谱信息反映了窄线宽可调 谐激光器12与传感用光纤激光器13的光学波长差信息、窄线宽可调谐激光器12与参考用 光纤激光器14的光学波长差信息、以及传感用光纤激光器13与参考用光纤激光器14的光 学波长差信息。
[0017] 上述方案中，所述窄线宽可调谐激光器12的中心波长通过控制处理器10和信号 发生器11，实现按照特定的规律变化，进而通过解调算法单元9计算三组拍频信号之间的 两两互相关，消去窄线宽可调谐激光器12波长调谐非线性、以及传感用光纤激光器13和参 考用光纤激光器14的温度灵敏度不一致的影响。所述按照特定的规律变化是按照三角波 或锯齿波规律变化。
[0018] 上述方案中，所述第一探测器71、第二探测器72、第三探测器73和采集卡8的带 宽，大于窄线宽可调谐激光器12与传感用光纤激光器13、参考用光纤激光器14的波长差或 频率差，同时也大于传感用光纤激光器13与参考用光纤激光器14的波长差或频率差。
[0019] (三）有益效果
[0020] 从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
[0021] 1、本发明提供的互参考的光纤激光静态应变传感解调系统，通过拍频原理、设计 互补偿光路以及互补偿算法，可以解决无源光纤光栅高精度静态应变解调技术中可调谐激 光器扫描非线性对解调精度的限制问题，故可以进一步提高解调精度。
[0022] 2、本发明提供的互参考的光纤激光静态应变传感解调系统，通过拍频原理、设计 互补偿光路以及互补偿算法，可以解决参考光栅与传感光栅之间温度灵敏度不一致对解调 结果的影响问题，可以进一步提高解调精度。
【附图说明】
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