[发明专利]一种基于差分式光纤谐振腔的高分辨率应变传感器

说明书

本申请公开了一种基于差分式光纤谐振腔的高分辨率应变传感器，包括：包括激光模块、PDH频率锁定模块、光纤谐振腔模块和数据处理模块，所述激光模块，用于通过激光器产生激光并进行激光偏振方向与偏振态调节，提供应变传感检测所需要的激光；所述光纤谐振腔模块包括两个光纤谐振腔，所述两个光纤谐振腔通过PDH频率锁定模块同时与激光模块中激光器进行频率锁定，以差分形式消除环境背景噪声干扰，并进行应变传感，产生PDH误差信号；所述数据处理模块，用于检测两个光纤谐振腔的透射信号并进行PDH误差信号分析。本发明能够极大程度地消除背景噪声的影响，以高分辨率检测施加在传感器上的应变。

技术领域

本发明属于应变测量技术领域，涉及一种基于差分式光纤谐振腔的高分辨率应变传感器。

背景技术

应变是表征材料力学和热物理性能的重要参数，准确的应变测量在工业领域具有重要意义。

传统的应变传感器原理主要基于应变电阻(电阻值是应变的函数)，它们存在易受电磁干扰、易氧化、检测滞后性等缺陷。

与传统传感器相比，光纤F-P应变传感器具有灵敏度高、体积小、成本低、抗电磁干扰等优势。在外界应力作用下，光纤F-P腔的腔长发生改变，导致谐振频率发生偏移，通过对光谱数据处理，可以解调出光纤F-P腔频率漂移与应变的线性关系。

典型的光纤F-P应变传感器由单模光纤构成，其缺点在于对温度变化过于敏感，且存在受激布里渊散射等非线性效应，难以适应某些恶劣的工作环境。因此，研究一种高稳定性、高灵敏度，适用于复杂工况的应变传感器具有重大实际意义。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本申请提供一种基于差分式光纤谐振腔的高分辨率应变传感器，能够极大程度地消除背景噪声的影响，以高分辨率检测施加在传感器上的应变。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

一种基于差分式光纤谐振腔的高分辨率应变传感器，包括激光模块、PDH频率锁定模块、光纤谐振腔模块和数据处理模块，其特征在于：

所述激光模块，用于通过激光器产生激光并进行激光偏振方向与偏振态调节，提供应变传感检测所需要的激光；

所述光纤谐振腔模块包括两个光纤谐振腔，所述两个光纤谐振腔通过PDH频率锁定模块同时与激光模块中激光器进行频率锁定，以差分形式消除环境背景噪声干扰，并进行应变传感，产生PDH误差信号；

所述数据处理模块，用于检测两个光纤谐振腔的透射信号以辅助所述两个光纤谐振腔与激光器的频率锁定，并进行PDH误差信号分析，实现应变响应能力测量。

本发明进一步包括以下优选方案：

优选地，所述激光模块包括可调二极管激光器LD、激光器驱动Laser Drive、反射镜M1和M2、半波片HP、偏振分束器PBS和偏振控制器PC；

可调二极管激光器LD，用于产生激光光源；

激光器驱动Laser Drive，用于改变激光器电流，进而调节激光器波长；

反射镜M1和M2，用于引导激光；

半波片HP和偏振分束器PBS配合使用，用于调节激光器功率；

偏振控制器，用于控制激光的偏振态。

优选地，所述激光模块中，激光器驱动Laser Drive，用于改变可调二极管激光器LD电流，进而调节可调二极管激光器LD波长，可调二极管激光器LD产生激光，经反射镜M1和M2引导后进入半波片HP，经半波片HP调节激光偏振方向后传输至偏振分束器PBS，偏振分束器PBS将激光偏振分束，P光进入偏振控制器PC，S光进入光阱，偏振控制器PC控制激光的偏振态并将激光传输至PDH频率锁定模块。