[发明专利]基于Michelson光纤干涉仪的大范围应变传感器

说明书

本发明公开了一种基于Michelson光纤干涉仪的大范围应变传感器，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；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，两束反射光发生干涉；光谱分析仪对接收到的干涉光进行分析，采用波长解调或者相位解调的方式对干涉光数据进行处理，根据谱线移动量或空间频率移动量推算得到实际应变量。本发明提出的大范围应变传感器具有高灵敏度，大动态范围，制作过程简单与成本低廉的优点，利于大规模市场应用。

技术领域

本发明涉及应变传感器技术领域，具体而言涉及一种基于Michelson光纤干涉仪的大范围应变传感器。

背景技术

光纤传感器作为一种将被测对象转换为可测的光信号的仪器，具有极高的灵敏度和精度，并且抗电磁干扰，耐高温高压，耐腐蚀，高绝缘强度，可用于高压、电器噪声、高温、腐蚀和其他恶劣环境，且几何形状具有多方面的适应性，可制成任意形状的传感各种不同物理信息(声、磁、温度、旋转、应变等）的光纤传感器。现有常见的应变传感器大多基于法布里-珀罗干涉仪(FPI)，根据已有文献，有人通过二氧化碳激光器将光纤端面形成弧形，然后通过电弧放电的方法制作了FPI，此方法制成的应变传感器虽然灵敏度能够达到几十皮米每微应变，但是二氧化碳激光加工手段复杂，设备昂贵，成本太高不利于推广使用。有人通过放电的手段将两端高敏单模光纤的端面制作成内凹陷型，然后通过熔接机将两根光纤的内陷端面熔接在一起，中间为空气腔，整个结构可以看成是一个法布里-珀罗腔（F-P），灵敏度仅可以达到,虽然成本大大降低，但是传感器的灵敏度也随之下降。目前为止光纤干涉传感器的灵敏度尚未突破；并且高灵敏度传感器的测量范围往往很小，通常为数十至数百微应变，导致实际应用中存在困难。而大范围的应变传感器灵敏度为了实现较大的应变长度，其灵敏度通常不高。

例如，专利号为CN106568466A的发明中提出了一种细芯微结构光纤干涉仪传感器及其温度、应变检测方法，包括宽带光源、传感头和光谱仪，传感头为带空气包层的细芯微结构光纤，细芯微结构光纤两端分别通过单模光纤连接宽带光源和光谱仪。宽带光源出射的光经过单模光纤后进入到细芯微结构光纤，由于单模光纤与细芯微结构光纤模场失配，光谱仪输出光谱包括干涉条纹光谱，温度变化或者应变会引起干涉条纹波谷波长漂移，因此在获知干涉条纹波谷波长漂移的情况下，可对应计算出温度变化或应变。该发明中的传感器需要细芯微结构光纤支持，且测量范围较小。

综上所示，目前所报道的光纤应变传感器普遍存在造价昂贵、灵敏度低、测量范围小等缺点。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于Michelson光纤干涉仪的大范围应变传感器，具有高灵敏度，大动态范围，制作过程简单与成本低廉的优点，利于大规模市场应用。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明实施例提出了一种基于Michelson光纤干涉仪的大范围应变传感器，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；