[发明专利]基于Michelson光纤干涉仪的大范围应变传感器

权利要求书

1.一种基于Michelson光纤干涉仪的大范围应变传感器，其特征在于，所述应变传感器包括宽带光源、2×2光纤耦合器、传感臂、参考臂和光谱分析仪；

所述宽带光源、光谱分析仪、传感臂和参考臂分别连接在2×2光纤耦合器的四个接口上；所述传感臂和参考臂均采用单模光纤；

所述宽带光源发出的光束经2×2光纤耦合器分为两束相干光分别传输到传感臂和参考臂中，并在两个单模光纤的端面处发生反射，重新回到光纤耦合器；

所述传感臂的长度大于参考臂的长度，且两者之间的长度差满足以下条件：使经两者反射后重新回到光纤耦合器的两束反射光发生干涉，且干涉光经光纤耦合器传输至光谱分析仪；

所述光谱分析仪对接收到的干涉光进行分析，对传感臂探测到的应变量所属范围进行评估，如果应变量属于第一范围，采用波长解调的方式对干涉光数据进行处理，根据谱线移动量推算得到实际应变量；如果应变量属于第二范围，采用相位解调的方式对干涉光数据进行处理，根据空间频率移动量推算得到实际应变量；所述第一范围和第二范围不重叠且第一范围的取值小于第二范围的取值；

所述对传感臂探测到的应变量所属范围进行评估的过程包括：

根据下述公式计算得到自由光谱范围FSR：

式中，λ为被追踪波谷的波长，L为参考臂与传感臂之间的长度差，n为传感臂和参考臂所使用到的单模光纤的折射率；λ_dip(m)为m级次的波谷；λ_dip(m-1)为m-1次级的波谷；

根据下述公式计算波长的移动范围：

式中，N代表施加于传感光纤上的应变量；

如果波长的移动范围在自由光谱范围内，则应变量属于第一范围，否则，应变量属于第二范围。

2.根据权利要求1所述的基于Michelson光纤干涉仪的大范围应变传感器，其特征在于，所述传感臂和参考臂的长度差为50um。

3.根据权利要求1所述的基于Michelson光纤干涉仪的大范围应变传感器，其特征在于，当应变量属于第二范围时，根据下述公式计算得到实际应变量：

式中，f代表反射谱线的空间频率。

4.一种基于Michelson光纤干涉仪的大范围应变传感器的工作方法，其特征在于，所述工作方法包括以下步骤：

S1，取两段长度完全相同的单模光纤放在微位移平台上，在显微镜下观察确定一个起点，从起点向同一个方向截取合适的长度，两段单模光纤截断点相距50um，使两段光纤产生初始的光程差；将较长的那一段单模光纤作为传感臂，短的作为参考臂；

S2，将宽带光源和光谱分析仪连接到2×2光纤耦合器一端的两个接口上，传感臂和参考臂分别连接到光纤耦合器另一端的两个接口上；

S3，通过观察光谱分析仪中所显示谱线的自由光谱范围以确定传感光纤和参考光纤的长度差，判断切割的是否合适，如果不合适，返回步骤S1重新切割，否则，进入步骤S4；

S4，根据下述公式计算得到自由光谱范围FSR：

式中，λ为被追踪波谷的波长，L为参考臂与传感臂之间的长度差，n为传感臂和参考臂所使用到的单模光纤的折射率；λ_dip(m)为m级次的波谷；λ_dip(m-1)为m-1次级的波谷；

S5，根据下述公式计算波长的移动范围：

式中，N代表施加于传感光纤上的应变量；

如果波长的移动范围在自由光谱范围内，结束流程，将计算得到的N作为实际应变量；否则，进入步骤S6；

S6，根据下述公式计算得到实际应变量N：

式中，f代表反射谱线的空间频率。