[发明专利]基于多纵模自混合效应的应变传感测量装置及方法

说明书

本分案申请涉及光学测量技术领域，具体为一种基于多纵模自混合效应的应变传感测量装置及方法，测量装置包括多纵模激光器、传感单元、振动目标、滑动装置、分光元件、光电探测器、信号预处理单元和信号处理单元，测量方法为：振动目标发生振动，多纵模激光器出射激光经传感单元后入射到振动目标上，然后再反馈回多纵模激光器谐振腔内形成自混合信号，上述过程中传感单元发生改变引起自混合信号波形改变，通过调节滑动装置使振动目标发生微移，形成在不同激光器外腔长度下的自混合信号，利用光电探测器采集不同外腔长度下的自混合信号，再利用信号预处理单元和信号处理单元进行处理，即可得出传感单元的变化，本案测量成本低、光路简单、测量精度高。

本申请为申请号201810327444.4、申请日2018年4月12日、发明名称“基于多纵模自混合效应的传感测量装置及方法”的分案申请。

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，尤其涉及一种基于多纵模自混合效应的应变传感测量装置及方法。

背景技术

利用光学进行精密测量，一直是计量测量技术领域中的主要方法，目前，光学测量方法因其非接触测量、测量灵敏度高、测量精度高等优点已被成熟应用于温度测量、电压测量、磁场测量、应变测量、液体浓度测量等测量场合。

在应变测量技术领域，传统的应变测量方法主要是利用电阻应变计(电阻应变片)来实现测量。该方法一般只能测量构件表面应变，难于显示其内部应变，并且存在测量仪器体积大、测量灵敏度低、动态范围小，不易被埋置在复合材料中等缺点。利用光学测量应变的方法主要包括光弹性测量法、全息干涉法、云纹法、光纤光栅法、传统光学干涉法等，其中光弹性测量法、全息干涉法、云纹法等方法存在受力模型复杂、测量材料有限、处理过程繁琐，处理数据量过大等问题；光纤光栅法则均需接入光谱仪观察不同应变下光栅反射波长的具体位置，测量成本较高且易受环境影响。而传统光学干涉法(如迈克尔逊、马赫-曾德尔等干涉法等)则需通过采集传感臂和参考臂间的干涉信号来获得应变大小，由于信号光和参考光处在不同光路，受环境影响较大，结构复杂且调试困难；法布里- 帕罗型应变传感器则是利用空气腔中光的干涉效应对应变进行传感，但空气腔易受环境干扰且光程有一定限制，不适合高灵敏度应变测量。

发明内容

针对现有技术中利用光学传感技术测量应变时存在的问题，本发明提供基于多纵模自混合效应的传感测量装置，能够实现应变的传感测量。

为实现测量应变的技术目的，本发明的技术方案是：

一种基于多纵模自混合效应的应变传感测量装置，包括含尾纤的多纵模激光器、传感单元、振动目标、滑动装置、分光元件、光电探测器、信号预处理单元和信号处理单元；

所述振动目标能够发生振动，且振动目标的振动面附着有反射结构；

所述传感单元包括第一平台、第二平台和传感光纤；所述第一平台和第二平台沿应变变化方向顺序设置，所述第一平台固定不动，所述第二平台能够相对第一平台沿应变变化方向移动，所述传感光纤的中段均匀粘贴在第一平台和第二平台上；

所述多纵模激光器用于出射激光，所述多纵模激光器的尾纤与传感光纤的一端相连，所述传感光纤另一端出射的激光入射到振动目标的振动面上，经反射结构反射后沿原路反馈回多纵模激光器谐振腔内，形成激光自混合信号；

所述振动目标底部固定于滑动装置上，通过调节滑动装置能够使振动目标沿出射激光方向发生移动；

所述分光元件为耦合器，用于将激光自混合信号分束到光电探测器上；

所述光电探测器用于将接收到的激光信号转化为电信号后发送到信号预处理单元；

所述信号预处理单元用于对接收到的电信号进行预处理，所述预处理包括整形、放大、滤波；

所述信号处理单元用于对预处理后的电信号进行分析处理，获得第二平台移动引起的传感光纤的应变变化。