[发明专利]基于激光拍频传感技术的高精度倾斜仪及测量方法

权利要求书

1.一种基于激光拍频传感技术的高精度倾斜仪，其特征在于，包括相互连通的两个水槽（1），传感信号发生与解调模块（8），每个所述水槽（1）包括水，浮子（2），传感光纤光栅（5），参考光纤光栅（6），所述传感光纤光栅（5）的上端连接所述浮子并通过引出光纤连接水槽外的所述传感信号发生与解调模块（8），另一端固定所述水槽下底部后的引出光纤连接所述传感信号发生与解调模块（8），所述参考光纤光栅（6）安装在所述水槽内的固定侧板（7）上并完全浸入水中，所述参考光纤光栅（6）的两端分别通过引出光纤连接所述传感信号发生与解调模块（8）。

2.根据权利要求1所述的基于激光拍频传感技术的高精度倾斜仪，其特征在于，所述传感信号发生与解调装置（8）包括泵浦源（12），波分复用器（13），一段掺铒光纤（14），偏振控制器Ⅰ（15），偏振控制器Ⅱ（16），可调谐衰减器Ⅰ（17），可调谐衰减器Ⅱ（18），环形器（19），光纤光栅（20），光纤耦合器Ⅰ（23），光纤耦合器Ⅱ（24），光纤耦合器Ⅲ（25），光纤耦合器Ⅳ（26），掺铒光纤放大器（27），光电探测器（28），频谱分析仪（29），光谱分析仪（30），所述传感光纤光栅（5），参考光纤光栅（6）的两端分别连接所述光纤耦合器Ⅰ（23）和光纤耦合器Ⅱ（24），所述光纤耦合器Ⅰ（23）与光纤耦合器Ⅱ（24）之间由光纤分别顺序连接、偏振控制器Ⅱ（16）、波分复用器（13）、掺铒光纤（14）、偏振控制器Ⅰ（15）、光纤耦合器Ⅳ（26）和环形器（19），形成所述传感光纤光栅（5），参考光纤光栅（6）并行连接的环腔，光纤光栅（20）连接所述环形器（19）；所述的泵浦源（12）产生的泵浦光通过波分复用器（13）注入所述环腔内，经过一段掺铒光纤（14）产生受激辐射，激射的激光经由环形器（19）后通过光纤光栅（20）实现粗滤波，再通过光纤耦合器Ⅱ（24）分别进入所述传感光纤光栅（5）和参考光纤光栅（6）中，所述传感光纤光栅（5）和参考光纤光栅（6）分别接入可调谐衰减器Ⅰ、Ⅱ（17,18），环腔中产生的双波长窄带激光通过光纤耦合器Ⅳ（26）输出，经过光纤耦合器Ⅲ（25）、掺铒光纤放大器（27）将光信号放大后输入至光电探测器（28），利用光电探测器（28）将光信号转变为电信号，将产生的电信号输入到频谱分析仪（29）可以观测到两个波长的拍频信号，通过检测这种频谱漂移量可以推算出作用于传感光纤光栅的参量大小。

3.根据权利要求2所述的基于激光拍频传感技术的高精度倾斜仪，其特征在于，还包括底部固定装置（4），所述底部固定装置（4）连接水槽（1）底部，所述传感光纤光栅（5）下端固定于底部固定装置（4）上。

4.根据权利要求3的基于激光拍频传感技术的高精度倾斜仪，其特征在于所述的底部固定装置（4）为中空倒漏斗形状的结构块。

5.一种权利要求1至4之一所述的基于激光拍频传感技术的高精度倾斜仪的测量方法，其特征在于包括以下步骤：启动传感信号发生与解调模块（8），观测所述频谱分析仪；当外界基面发生倾斜时，在光谱分析仪（30）中观测到传感光纤光栅与参考光纤光栅的波长差发生变化，传感光纤光栅与参考光纤光栅的波长差导致频谱分析仪中的拍频频谱发生漂移，通过频谱分析仪记录频谱漂移量的大小推算出单侧水槽的液位高度的变化量；测量出基线长度后计算出外界基面倾斜量的大小。

6.一种基于激光拍频传感技术的高精度倾斜仪，其特征在于，包括相互连通的两个水槽（1）和一个传感信号发生与解调模块（8），每个所述水槽（1）包括水，浮子（2），传感光纤光栅（5），所述传感光纤光栅（5）的上端连接所述浮子并通过引出光纤连接水槽外的所述传感信号发生与解调模块（8），另一端固定所述水槽下底部后的引出光纤连接所述传感信号发生与解调模块（8）。