[发明专利]无芯光纤混合传感器及实验系统在审

专利信息
申请号: 201810643390.2 申请日: 2018-06-21
公开(公告)号: CN108917800A 公开(公告)日: 2018-11-30
发明(设计)人: 郑雪琴;马保东;王勇;桂中华;杜雅楠;李佳霖;戴江鸿;兰柏;潘凌;陈瑞;董阳伟;卢伟甫;孙晓霞;于珊;孙慧芳;马传宝;凌超;王珏 申请(专利权)人: 国家电网有限公司;国网新源控股有限公司;国网新源控股有限公司技术中心;国网新源控股有限公司检修分公司
主分类号: G01D5/26 分类号: G01D5/26
代理公司: 北京三友知识产权代理有限公司 11127 代理人: 王涛
地址: 100031 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 无芯光纤 传感器 混合传感器 腔结构 实验系统 光谱仪 单模光纤 宽带光源 反射膜 菲涅尔 耦合器 两段 纤芯 传感特性 光纤模式 光发射 熔接点 干涉 包层 传播 传感 串扰 反射 级联 滤波 熔接 返回
【说明书】:

发明提供了一种无芯光纤混合传感器及实验系统,该无芯光纤混合传感实验系统包括:无芯光纤混合传感器、宽带光源、光谱仪及耦合器;无芯光纤混合传感器包括:Michelson光纤传感器及F‑P腔结构,Michelson光纤传感器与F‑P腔结构级联;F‑P腔结构包括:两段单模光纤及一段无芯光纤,无芯光纤熔接至两段单模光纤之间,并且熔接点处形成菲涅尔反射膜;宽带光源发出的光通过耦合器进入Michelson光纤传感器,一部分光在Michelson光纤传感器的包层中传播,被F‑P腔结构的菲涅尔反射膜反射回Michelson光纤传感器的纤芯中,与另一部分在Michelson光纤传感器的纤芯中传播的光发射干涉后返回光谱仪中。本发明利用光纤模式干涉的滤波和传感特性,解决了不同参数之间的串扰问题。

技术领域

本发明是关于光纤传感器技术领域,特别是关于一种无芯光纤混合传感器及实验系统。

背景技术

大坝在使用过程中在复杂荷载的长期作用下、随着材料老化,大坝结构的抗力衰减,在极端工况下会发生灾难性事故,严重危害人民生命财产和安全。近年来,随着国内外特高坝如小湾、锦屏二级、溪洛渡等特大水利工程的兴建,为了保障大坝结构的安全性、完整性、适用性和耐久性,已经建成的许多重大工程结构和基础设施急需采用有效的手段检测和评定其安全状况、修复和控制损伤,对各种原因造成的损害进行提前预警,以监测结构的服役安全状况,并为研究结构服役期间的损伤演化规律提供有效的、直接的方法。为了有效地监测大坝服役状况以及对其结构损伤进行识别,需要对各种物理参数(位移、裂缝、温度、应力应变、渗流等)的进行测量。在水利工程中,大部分大坝安全监测系统都采用电测系统,如电阻应变计、振弦式应变传感器等,这些监测仪器存在抗干扰能力弱,长期运行稳定性差、误差较大等问题。

随着光纤传感器技术的发展,其在水利工程中也有小范围的应用。光纤传感器最早是在1979年由美国航空航天局埋入符合材料内部,监测其应变和温度,之后,光纤传感器在飞行领域和复合材料研究领域越来越成熟。光纤光栅传感器(FBG)具有抗电磁干扰、结构简单、测量精度高、长期稳定性好等优势,可以实现实时、在线监测等优点,在传感器领域中得到了广泛的应用。由光栅传感器制成的分布式光纤传感器利用光纤光栅传感制成的分布式应变、温度传感器用于水电站大坝温度、裂缝、应变等测量,分布式光纤传感器可沿空间位置连续给出某一参量测量值。然而,虽然FBG传感器有很多优点,但存在埋入传感器存活率问题,并且在大坝运行过程中,为了实现FGB温度补偿及增敏等功能,在光纤外还需加由不锈钢、陶瓷等材料制成的保护层,成本大大提高。另外,FBG的传感信息采用波长编码,检测FBG中心波长是FBG传感器面临的关键问题,在编码解调过程中,虽然可以使用光谱仪,但解调价格偏高。为此,人们提出了许多解调方法,但各自有其优缺点,存在稳定性差,受环境因素的变化导致光源的扰动影响相位的变化等不足。FBG最显著的特点是温度和应变的交叉敏感,导致双参数测量在实际应用中误差较大。

发明内容

本发明实施例提供了一种无芯光纤混合传感器及实验系统,以解决了不同参数之间的串扰问题。

为了实现上述目的,本发明实施例提供了一种无芯光纤混合传感器,包括:Michelson光纤传感器及F-P腔结构,所述Michelson光纤传感器与所述F-P腔结构级联;其中,

所述F-P腔结构包括:两段单模光纤及一段无芯光纤,所述无芯光纤熔接至两段所述单模光纤之间,并且熔接点处形成菲涅尔反射膜;

宽带光源发出的光一部分在所述Michelson光纤传感器的包层中传播,被所述F-P腔结构的菲涅尔反射膜反射回所述Michelson光纤传感器的纤芯中,与另一部分在所述Michelson光纤传感器的纤芯中传播的光发射干涉。

一实施例中,所述Michelson光纤传感器包括一球状结构,所述F-P腔结构设置所述球状结构后。

为了实现上述目的,本发明实施例提供了一种无芯光纤混合传感实验系统,包括:无芯光纤混合传感器、宽带光源、光谱仪及耦合器;

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