一种腔长可调的f-p型多尺度准分布式白光干涉传感系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及的是一种腔长可调的F-P型多尺度准分布式白光干涉传感系统。
【背景技术】
[0002]光纤白光干涉原理自从1975年被提出后，其具有的诸多优点已经被众多学者所揭示，光纤白光干涉测量技术作为白光干涉原理的一个重要应用，已然成为了一个重要研究方向。
[0003]光纤白光干涉测量技术的优点之一就是可以很容易地实现多路复用，这也成为了近年来该项技术的研究热点。目前已经应用于光纤白光干涉传感系统的复用技术有:时分复用(TDM)技术，频分复用(FDM)技术以及空分复用(SDM)技术等。
[0004]SANTOS等人在(Coherence sensing of time-addressed optical-fibersensors i I luminated by a multimode laser d1de,Appl.0pt.,30:5068-5077,1991)中提出的时分复用技术，结构复杂，复用数量有限，测量范围较小、精度较低。
[0005]LIU等人在文南犬(A frequency divis1n multiplexed low-finesse fiberoptical Fabry-Perot sensor system for strain and displacement measurements,Review of Scientific instruments，71(3)，1275-1278,2000)中提出的频分复用技术，利用光谱分析仪测量多个腔长不同的F-P干涉仪输出的光谱叠加结果来实现信号解调，这种方法受到系统中腔长的限制，复用个数较少。
[0006]文南犬(Quas1-distributed strain sensing with white-1 ightinterferometry: a novel approach ,Optics Letters，25，1074-1076，2000)中提出的空分复用技术，通过参考干涉仪进行时间和空间的连续光程扫描，可实现对多传感器的解调问询，该方法结构简单，但难于实现多种长度光纤传感器的测量。
[0007]基于光纤白光干涉仪的空分复用原理，申请人2008年公开的空分复用Mach-Zehnder级联式光纤干涉仪及测量方法(中国专利号:ZL 200810136824.6)主要用来解决光纤传感器复用阵列布设过程中抗毁坏的问题；申请人于2008年公开的光纤Mach-Zehnder与Michelson干涉仪阵列的组合测量仪(中国专利:ZL 200810136819.5 )和孪生阵列Michelson光纤白光干涉应变仪(中国专利号:ZL200810136820.8)主要用于解决白光光纤干涉仪多路复用中温度对测量干扰，以及温度和应变同时测量问题；申请人于2008年公开的一种简化式多路复用白光干涉光纤传感解调装置(中国专利:ZL 200810136826.5)和基于可调Fabry-Perot谐振腔的分布式光纤白光干涉传感器阵列(中国专利:ZL200810136833.5)，引入环形腔、F-P腔光程自相关器主要用于简化多路复用干涉仪的拓扑结构，构造了共光路形式，提高温度稳定性。
[0008]但在上述系统结构中，光源发出的光信号都将有一部分在经历一定的系统光路后返回到光源处。这部分返回到光源处的光信号将不会对传感器的工作产生贡献，系统对光源功率利用率不高；甚至由于其对光源的回馈作用，会引起较大的系统噪声，影响系统性會K。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种结构简单紧凑、操作方便的腔长可调的F-P型多尺度准分布式白光干涉传感系统。
[0010]本发明的目的是这样实现的:
[0011]腔长可调的F-P型多尺度准分布式白光干涉传感系统，由宽谱光源1、四端口光纤环形器2、光纤环形镜、光程粗调单元4、光程扫描单元5、三端口光纤环行器7、传感器阵列、信号处理单元组成；系统采用双光纤环形镜与可变光程的光纤结构，构成了腔长可调F-P腔，用于白光干涉扫描测量系统中；系统采用光纤环行器来连接依次连接低相干光源、可调F-P腔系统、扫描干涉测量对象和光信号探测器;系统采用同一光源和可调F-P腔系统，构成近似对称的双阵列分布式传感系统。
[0012]所述的可调F-P腔系统由两个光纤环形镜与连接在其间的可变光程的光纤结构组成，该结构是光纤准直器与扫描棱镜构成的光程扫描结构；或者对称的多路光纤开关与不同长度光纤段构成的光程选通结构；或者由绕制在PZT上的多匝光纤环构成的光程调节结构。
[0013]用于依次连接所述的低相干光源、可调F-P腔系统、扫描干涉测量对象和光信号探测器的四端口光纤环行器的连接方式是端口 I连接低相干光源，端口 2连接可调F-P腔系统，端口 3连接扫描干涉测量对象，端口 4连接光信号探测器。
[0014]用于依次连接所述的可调F-P腔系统、扫描干涉测量对象和光信号探测器的三端口光纤环行器的连接方式是端口 I连接可调F-P腔系统，端口 2连接扫描干涉测量对象，端口3连接光信号探测器。
[0015]所述的可调F-P腔所产生的透射信号和反射信号都可以用来问讯和解调光纤传感器系统，透射信号进入三端口光纤环形器7;反射信号则进入四端口光纤环形器2。无论是透射光信号还是反射光信号，经过光纤环形器后进入探测区，经过被探测对象调制后的干涉测量信号又沿着同一光纤抵达光探测器。其中连接端口的所有光纤都是双向共光路传输的，具有全程的共光程匹配特点，所有连接光纤的长度可以根据需求任意选取。
[0016]所述的扫描干涉测量对象为光纤传感器阵列，每个光纤传感器阵列都是由一系列标准单模光纤被切割成长度符合传感系统测量范围的光纤段进行级联后组成的，其中每一段光纤的长度都不同，形成了准分布式光纤测量系统;传感器阵列亦可由更复杂的形式组成。
[0017]所述的光纤环形镜在光纤环中插入偏振态控制器。
[0018]本发明的有益效果在于:
[0019]本专利所述系统中的光纤环形镜可通过一定方法来控制其反射率。例如在光纤环部分中插入偏振态控制器(PC)，改变偏振态控制器的状态可改变其双折射效应的快轴取向和强度，从而控制光纤环形镜的反射率。而通过控制光纤环形镜的反射率即可控制F-P腔中经历不同光程的光信号强度，从而改善系统性能。
【附图说明】
[0020]图1是基于双光纤环形镜的可调F-P腔光纤白光干涉传感系统的结构框图。图2是于双光纤环形镜的可调F-P腔光纤白光干涉传感系统的一种实施例。
[0021]图3是系统中光程扫描单元的一种实现方式:紧密缠绕在一管状压电陶瓷上的多Bi光纤。
[0022]图4是一种通过在光纤环形镜中引入偏振态控制器来调节光纤环形镜反射率的方式。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明做进一步描述。
[0024]本发明公布了一种腔长可调的F-P型多尺度准分布式白光干涉传感系统。其主要特征在于:I该准分布式光纤传感系统是由宽谱光源1、四端口光纤环形器2、光纤环形镜3和
6、光程粗调单元4、光程扫描单元5、三端口光纤环行器7、传感器阵列8和10、信号处理单元9和11组成;2该系统采用双光纤环形镜与可变光程的光纤结构，构成了腔长可调的F-P腔，用于白光干涉扫描测量系统中；3该系统采用光纤环行器来连接依次连接低相干光源、可调F-P腔系统、扫描干涉测量对象和光信号探测器，实现了光学系统中光功率流向各个功能模块的方向控制，提高了光功率的使用效率，降低了能耗;4该系统采用同一光源和可调F-P腔系统，构成近似对称的双阵列分布式传感系统，可有效利用光源输出功率;5该系统采用共光路光程匹配，减少了光路对系统探测带来的影响。
[0025]该系统由宽谱光源1、四端口环形器2、光纤环形镜3和6、光程粗调单元4、光程扫描单元5、三端口光纤环行器7、传感器阵列8和10、信号处理单元9和11组成。
[0026]本发明采用一种由双光纤环形镜与光程可调的F-P腔实现准分布式测量的光程匹配。该系统可用于多点准分布应变或温度等物理量的实时测量。
[0027]如图1所示，该准分布式光纤传感系统是由宽谱光源1、四端口光纤环形器2、光纤环形镜3和6、光程粗调单元4、光程扫描单元5、三端口光纤环行器7、传感器阵列8和10、信号处理单元9和11组成。
[0028]所述系统中宽谱光源I发出的光从四端口环行器2的a端口入射后，从b端口出射，进入由两光纤环形镜3和6以及光程粗调单元4和光程扫描单元5组成的F-P腔结构。其中部分光在经过光纤环形镜3后直接从e端口返回，其余部分光将从f端口进入F-P腔结构。到达光纤环形镜6的光中，也将有一部分在经过光纤环后从端口返回F-P腔结构，其余部分从h端口出射。
[0029]因此，理论上进入F-P腔结构的光，将会在两光纤环形镜3和6之间折返任意次后从光纤环形镜3的e端口出射或从光纤环形镜6的h端口出射。实际上，由于光纤环形镜3和6分光比的限制，以及光程粗调系统4和光程扫描单元5的插入损耗等因素影响。在上述F-