[发明专利]基于量子弱值放大的静力水准测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于量子弱值放大的光纤静力水准测量装置及方法，装置中窄带激光器的输出与所述第一准直器的光纤输入端相连；第一准直器的输出端先通过45°起偏片，形成45°线偏振光，经过第一保偏光纤及准直器，第一保偏光纤及准直器与第二保偏光纤及准直器尾纤相互连接，两保偏光纤的猫眼相互垂直；第二保偏光纤及准直器的输出光，先通过相位补偿片，再经过‑45°检偏片后，耦合到第二准直器中，其尾纤与光功率数据处理电路板连接；第一油封膜片管将第一保偏光纤及准直器的尾纤封装在油内，油封无膜片管封装第二保偏光纤及准直器的尾纤；环境温度发生变化时，第一保偏光纤及准直器和第二保偏光纤及准直器的光路相互补偿。

技术领域

本发明属于光纤传感的技术领域，尤其涉及一种基于量子弱值放大的光纤静力水准测量装置及方法。

背景技术

静力水准仪是通过液体连通器原理进行标高测量。静力水准仪可以在空间狭小不易进入、光线条件不佳等不适合进行光学测量的环境中使用。同时可以与各种传感器结合，实现自动化测量，提高测量精度与稳定性，满足工程长期进行结构标高监测的需要。

但是大部分现有的静力水准仪，如浮子式、反射式静力水准仪，都要求必须在液面静止的条件下才能进行液面位置测量，因此不能在地铁隧道、桥梁等存在振动的环境下准确地进行标高测量。

静力水准仪同时也要求能够在长距离远程工作，长期室外进行测量工作，同时也要求静力水准仪最好为无源器件，可以在野外工作时不用带电工作。

发明内容

本发明为了解决上述问题，克服现有静力水准仪中存在无法长距离工作、电源、振动问题，本发明的发明目的是提供基于量子弱值放大的光纤静力水准测量装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下一种技术方案：

一种基于量子弱值放大的光纤静力水准测量装置，该装置包括：

窄线宽激光器、第一准直器、45°起偏片、第一保偏光纤及准直器、第二保偏光纤及准直器、油封膜片管、油封无膜片管、相位补偿片、-45°检偏片、第二准直器、光功率数据处理电路板和蓄水外壳；

所述窄线激光器的输出与所述第一准直器的光纤输入端相连；

所述第一准直器的输出端先通过45°起偏片，形成45°线偏振光，经过第一保偏光纤及准直器，第一保偏光纤及准直器与第二保偏光纤及准直器尾纤相互连接，两保偏光纤的猫眼相互垂直；

第二保偏光纤及准直器的输出光，先通过相位补偿片，再经过-45°检偏片后，耦合到第二准直器中，其尾纤与光功率数据处理电路板连接。

油封膜片管主要将第一保偏光纤及准直器的尾纤封装在油内，当油封膜片管的膜片受外界水压力时，管内的油压会传到第一保偏光纤及准直器的尾纤上，使第一保偏光纤及准直器的尾纤发生延伸；

油封无膜片管主要封装第二保偏光纤及准直器的尾纤。使得环境温度发生变化时，第一保偏光纤及准直器和第二保偏光纤及准直器的光路相互补偿。

油封膜片管的膜片设置在蓄水外壳的底部。

在本发明中，采用两个油封管结构的光路。带膜片的油封膜片管主要与外界水压进行传导，另外不带膜片的油封无膜片管不与外界水压连通。测试初始态时，油封膜片管与油封无膜片管的压力、温度都是相同的，同时两个油封管内的光纤长度是一样的，但外界水压发生影响，使得外界水压对膜片的传导力发生变化，那么两个油封管的油压不相同，从而引起光纤的延伸或收缩，光纤传输的O光和E光发生相位变化，而这种光相位变化量很小,但可以通过这种量子弱测量系统进行测量。

在本发明中，采用窄带光进行光纤相位变化量的测量，可以快速实时地测量外界水压的变化量；同时也可以长距离测量静力水准水压变化；静力水准水压探测器为无源器件，可以长时间进行测量水压；由于采用二次油压对外界水压测量，可以减少外界振动对测量的影响。