[发明专利]一种基于光载微波干涉的多相流多参量光纤探测装置

说明书

本发明涉及一种基于光载微波干涉的多相流多参量光纤探测装置，其特征在于：包括宽带光源、光偏振器、光偏振控制器、频率可调谐微波源、电光调制器、光放大器、光环行器、传输光纤、双腔法布里‑珀罗探头、光电探测器、锁相放大器、矢量微波探测器、计算机、测量管道与多相流。其中双腔法布里‑珀罗探头包括传感光纤、毛细玻璃管、反射器和二氧化硅压力敏感膜片，由反射器和传感光纤的端面构成第一法布里‑珀罗腔，由传感光纤的端面和二氧化硅压力敏感膜片构成第二法布里‑珀罗腔；二氧化硅压力敏感膜片与被测多相流相接触，第一和第二法布里‑珀罗腔的两个反射面对应的光程差均大于宽带光源的相干长度，而小于微波源的相干长度。

技术领域

本发明属于多相流测试领域，具体为一种基于光载微波干涉的多相流多参量光纤探测装置。

背景技术

两相及多相流是具有两种或两种以上不同相态或不同组分的混合流体，在化工、能源、水利、冶金、气象、生物、食品加工、航空航天等重要领域都普遍存在，理解和掌握多相流的流动特性与参数，对国民经济和社会发展具有重要意义。多相流流动形态复杂多变，且易受黏度、表面张力、传热系数、压力等因素的影响，为了深入了解多相流流动机理及特性，国内外研究人员研究了多种多相流检测方法，包括电导法、电容法、声学法、高速摄影法、射线法以及差压法等。然而现有多相流检测技术大多可检测对象单一，且存在易受电磁干扰，测量精度低，具有放射性等问题，且在实际应用中往往需对多个参量进行高精度测量。

随着激光与光纤技术的发展，基于激光和光纤的多相流检测技术因具有电绝缘、抗电磁干扰、耐化学腐蚀、占用空间小、重量轻、长距离、大范围、灵敏度高等优点受到国内外学者的广泛关注。其中光干涉仪常被用于实现高精度测量，而光纤干涉仪和其它干涉仪一样，其干涉的实现主要包括分光和合束两个过程。光干涉通过叠加两个或多个具有一定传播时延的相干光波，在时域、空间或者频域中产生周期性的干涉图样，在干涉图中所包含的波振幅、频率以及相位信息可用于计算传播时延，因此可将待测信息编入传播时延，进而解调出所需信息。干涉仪已被广泛用于各种物理、化学以及生物量(例如温度，应变，压力，旋转，折射率等)的精确测量。其中光纤法布里-珀罗干涉仪被广泛使用。

由于多模光纤的模式色散，采用多模光纤制作的法布里-珀罗干涉仪因多模干涉引起的噪声会导致条纹可见度较低。因此，为了实现高精度测量，传统全光光纤法布里-珀罗干涉系统一般只能采用单模光纤，且为避免在测量时出现偏振衰落的问题，通常需要采用价格较贵的保偏光纤来制作，以严格控制光束的偏振态，实现较高的测量精度。同时，为了实现较高的信号质量，传统全光法布里-珀罗干涉仪的反射器表面光滑度需要远小于光波长，故在加工反射面时需要非常高的精度。

基于此，有必要发明一种新的光纤干涉测量系统与方法，以解决现有两相及多相流非侵入、高精度流场信息探测，以及多参量特征融合分析难题。

发明内容

本发明为克服上述现有技术的缺点，提出了一种基于光载微波干涉的多相流多参量光纤探测装置，该装置能够同时实现对两相及多相流压力、温度、折射率等特征参量的高精度测量。本发明是采用如下技术方案实现的：

一种基于光载微波干涉的多相流多参量光纤探测装置，其特征在于：包括宽带光源、光偏振器、光偏振控制器、频率可调谐微波源、电光调制器、光放大器、光环行器、传输光纤、双腔法布里-珀罗探头、光电探测器、锁相放大器、矢量微波探测器、计算机、测量管道与多相流。其中双腔法布里-珀罗探头包括传感光纤、毛细玻璃管、反射器和二氧化硅压力敏感膜片，由反射器和传感光纤的端面构成第一法布里-珀罗腔，由传感光纤的端面和二氧化硅压力敏感膜片构成第二法布里-珀罗腔；二氧化硅压力敏感膜片与被测多相流相接触，第一和第二法布里-珀罗腔的两个反射面对应的光程差均大于宽带光源的相干长度，而小于微波源的相干长度。

优选地：