[发明专利]基于正交偏振双波长激光多纵模自混合效应同步测量温度和应变的装置和方法

权利要求书

1.基于正交偏振双波长激光多纵模自混合效应同步测量温度和应变的装置，其特征在于，包括激光光源、传感单元、振动目标、偏振选择光开关、分光元件和信号处理单元，

所述激光光源发射的激光为两个不同波长的正交偏振光，

所述激光光源、传感单元、振动目标依次设置，所述偏振选择光开关和所述分光元件依次设置在所述激光光源与所述传感单元之间的光路上，

所述传感单元包括传感光纤，所述传感光纤置于待测温度和应变的环境内，所述激光光源发射的激光，经过分光元件进入所述传感光纤，

所述振动目标底部固定于滑块上，所述滑块设置于滑轨上并且可沿滑轨水平移动，所述振动目标接收激光光源出射的激光并通过所述振动目标的振动面附着有的反射结构反馈回激光光源谐振腔内，形成自混合信号，

所述偏振选择光开关接收所述激光光源出射的激光，且将所述激光切换两个输出正交的偏振态1激光和偏振态2激光，所述偏振态1激光波长为λ₁，所述偏振态2激光波长为λ₂，

所述分光元件为耦合器，用于将所述自混合信号分束至探测器上，所述探测器转化接收到光信号转为电信号，

所述信号处理单元接收所述电信号进行分析处理，同时获得所述传感光纤所处环境的温度和应变的变化值。

2.根据权利要求1所述的基于正交偏振双波长激光多纵模自混合效应同步测量温度和应变的装置，其特征在于，所述激光光源为正交偏振双波长激光器，所述正交偏振双波长激光器选自正交偏振Zeeman双频激光器、正交偏振Nd:YAP双波长激光器、正交偏振He-Ne双频激光器中的任意一种；

或者所述激光光源由两个不同的波长多纵模激光器、一组起偏器和保偏耦合器组成。

3.根据权利要求1所述的基于正交偏振双波长激光多纵模自混合效应同步测量温度和应变的装置，其特征在于，所述振动目标为信号发生器驱动的扬声器或者压电陶瓷。

4.根据权利要求1所述的基于正交偏振双波长激光多纵模自混合效应同步测量温度和应变的装置，其特征在于，所述偏振选择光开关为液晶消色差偏振选择光开关、磁光型波长选择光开关或棱镜型波长选择光开关。

5.根据权利要求1所述的基于正交偏振双波长激光多纵模自混合效应同步测量温度和应变的装置，其特征在于，所述传感光纤为单模光纤、多模光纤、双折射光纤或光子晶体光纤。

6.根据权利要求1所述的基于正交偏振双波长激光多纵模自混合效应同步测量温度和应变的装置，其特征在于，还包括衰减器和准直器，所述衰减器位于所述分光元件和所述传感单元之间，所述准直器位于传感单元和振动目标之间，所述传感光纤的一端与所述准直器连接。

7.根据权利要求1所述的基于正交偏振双波长激光多纵模自混合效应同步测量温度和应变的装置，其特征在于，所述信号处理单元为计算机或者示波器。

8.依据权利要求1-7中任意一项中所述的基于正交偏振双波长激光多纵模自混合效应同步测量温度和应变的装置同时测量温度和应变的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)所述激光光源出射激光，所述激光光源发射的激光为两个不同波长的正交偏振光，所述振动目标设置为振动状态，调节所述偏振选择光开关，使波长为λ₁的偏振态1激光通过，观察信号处理单元上的多纵模自混合信号，移动所述滑块，使所述信号处理单元波形保持相同相位或者相位延迟为2π整数倍，记录下滑块移动的第一补偿距离δL_c1；

(2)调节所述偏振选择光开关，使波长为λ₂的偏振态2激光通过，观察信号处理单元上的多纵模自混合信号，移动所述滑块，使所述信号处理单元波形保持相同相位或者相位延迟为2π整数倍，记录下滑块移动的第二补偿距离δL_c2；

(3)根据步骤(1)所获得的第一补偿距离δL_c1和步骤(2)中所获得的第二补偿距离δL_c2联立方程组计算得出传感光纤所处环境的温度变化值(ΔT)和应变的变化值(Δε):

式中，Λ_1,T，Λ_1,ε为偏振态1激光所对应的传感单元温度灵敏度系数和传感单元应变灵敏度系数，Λ_2,T，Λ_2,ε为偏振态2激光对应的传感单元温度灵敏度系数和传感单元应变灵敏度系数，k_0j为真空中j模式的波数，j指激光中第j个纵模模式。