基于受激布里淵原理的三芯光纖空間形狀測量裝置及方法
【專利摘要】基于受激布里淵原理的三芯光纖空間形狀測量裝置及方法屬于精密儀器制造及測量技術(shù)；所述裝置結(jié)構(gòu)是：三芯光纖扇出器與三芯光纖分布傳感器光纜連接，三芯光纖分布傳感器光纜由三芯光纖、保護(hù)套和高反射銀膜構(gòu)成，多路光開關(guān)與三芯光纖分布傳感器光纜和隔絕外應(yīng)力封裝的參考光纖光纜連接，控制計(jì)算機(jī)分別與電光調(diào)制器A和B、多路光開關(guān)、頻譜分析儀連通，頻譜分析儀與平衡光電探測器連通；所述測量方法是：利用探測光與泵浦光在特定位置發(fā)生受激布里淵散射，采用相干檢測技術(shù)探測微弱散射光信號(hào)完成空間形狀測量。本裝置具有非局域效應(yīng)不明顯、精度高、對(duì)環(huán)境不敏感、可以依附在被測構(gòu)件表面實(shí)時(shí)測量以及使用壽命長的特點(diǎn)。
【專利說明】基于受激布里淵原理的三芯光纖空間形狀測量裝置及方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于精密儀器制造及測量技術(shù)，特別涉及一種基于受激布里淵原理的三芯光纖空間形狀測量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空航天工業(yè)、汽車工業(yè)、電子工業(yè)以及尖端工業(yè)等的不斷發(fā)展，對(duì)于空間形狀測量(復(fù)雜曲面的三維面形測量、智能材料的復(fù)雜形變等)的需求急劇增長。由于受到測量時(shí)間、采樣點(diǎn)密度的限制，空間形狀測量變得十分困難，尤其是多變、惡劣的測量環(huán)境使得傳統(tǒng)的空間形狀測量方法無法滿足需求。以往的空間形狀測量中，使用較多的方法有樣板測量法、結(jié)構(gòu)光三維視覺測量法和iGPS測量法等。
[0003]樣板測量法是一種最為經(jīng)典的曲面形狀檢驗(yàn)方法，它是利用設(shè)計(jì)時(shí)的截面參數(shù)制造數(shù)個(gè)截面的一維樣板，通過在相應(yīng)的截面位置觀察其截面樣板與被測截面之間的透光量判斷其形狀差。該方法簡單、直觀，是現(xiàn)今工業(yè)生產(chǎn)中的最常用的接觸式檢驗(yàn)手段。由于其檢驗(yàn)時(shí)需要借助人眼判斷透光量，無法精確給出其型面數(shù)據(jù)。不同的截面形狀需要不同的截面樣板，樣板的需求量很大，成本很高。
[0004]結(jié)構(gòu)光三維視覺測量法中，測量系統(tǒng)主要由結(jié)構(gòu)光投射裝置、圖像傳感器、圖像采集及處理系統(tǒng)組成。測量原理是向被測物體投射一定結(jié)構(gòu)的光模型如點(diǎn)光源、線光源、十字光條、正弦光柵和編碼光，結(jié)構(gòu)光受被測物體表面信息的調(diào)制而發(fā)生形變，利用圖像傳感器記錄變形的結(jié)構(gòu)光條紋圖像，并結(jié)合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)來獲取物體的三維信息。這種方法以較低廉的光學(xué)、電子和 數(shù)字硬件設(shè)備為基礎(chǔ)，以較高的速度和精度獲取和處理大量的三維數(shù)據(jù)。但是，這種方法容易受外接環(huán)境光線和氣流的影響并且容易產(chǎn)生遮擋，不適合用于多變、惡劣的測量環(huán)境，如飛機(jī)在高速飛行中的機(jī)翼、機(jī)艙形狀的實(shí)時(shí)測量。
[0005]iGPS測量法是一種坐標(biāo)測量技術(shù)。該方法中，處于測量點(diǎn)位置的多個(gè)靶標(biāo)可以接收多個(gè)室內(nèi)發(fā)射器(基站)的信號(hào)，每個(gè)靶標(biāo)可以獨(dú)立的計(jì)算它們當(dāng)前的位置并確立測量點(diǎn)在測量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。該方法具有很高的測量精度。但是，該方法只能手動(dòng)逐點(diǎn)地測量，測量效率低，不具有實(shí)時(shí)測量的能力。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明是針對(duì)上述現(xiàn)有空間形狀測量方法存在的問題提出的，其目的是提供一種可以在多變、惡劣的測量環(huán)境中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜空間形狀實(shí)時(shí)測量的基于受激布里淵原理的三芯光纖空間形狀測量裝置及方法，實(shí)現(xiàn)不受環(huán)境影響的空間形狀測量。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0008]一種基于受激布里淵原理的三芯光纖空間形狀測量裝置，包括窄帶寬可調(diào)激光器、50/50光稱合器A、50/50光稱合器B、電光調(diào)制器A、電光調(diào)制器B、摻鉺光纖放大器、50/50光稱合器C、光環(huán)形器、多路光開關(guān)、平衡光電探測器、50/50光稱合器D和聲光調(diào)制器，所述窄帶寬可調(diào)激光器與50/50光稱合器A、50/50光稱合器A與50/50光稱合器B和電光調(diào)制器A、電光調(diào)制器A與摻鉺光纖放大器、摻鉺光纖放大器與50/50光稱合器C、50/50光耦合器B分別與電光調(diào)制器B和聲光調(diào)制器通過單模光纖連接形成通路；所述50/50光率禹合器C與光環(huán)形器、光環(huán)形器與多路光開關(guān)、多路光開關(guān)與三芯光纖扇出器通過單模光纖連接形成通路；所述聲光調(diào)制器與50/50光耦合器D、50/50光耦合器D與平衡光電探測器和光環(huán)形器通過單模光纖連接形成通路；所述三芯光纖扇出器與三芯光纖分布傳感器光纜連接，所述三芯光纖分布傳感器光纜由纖芯均布配置的三芯光纖和配置在三芯光纖外部的保護(hù)套構(gòu)成，在保護(hù)套的一側(cè)端面上設(shè)置高反射銀膜，所述高反射銀膜將三芯光纖的一側(cè)端面完全覆蓋；所述多路光開關(guān)與隔絕外應(yīng)力封裝的參考光纖光纜經(jīng)單模光纖連接形成通路；控制計(jì)算機(jī)通過電纜分別與電光調(diào)制器A、電光調(diào)制器B、多路光開關(guān)、頻譜分析儀連通，所述頻譜分析儀通過電纜與平衡光電探測器連通。
[0009]一種基于受激布里淵原理的三芯光纖空間形狀測量方法，該方法是:窄帶寬可調(diào)激光器發(fā)出的光被50/50光稱合器A分成兩束光信號(hào),其中一束光信號(hào)經(jīng)過電光調(diào)制器A調(diào)制成為脈沖泵浦光信號(hào)，另一束經(jīng)50/50光耦合器B分光成兩束光信號(hào)；所述兩束光信號(hào)，一束光信號(hào)經(jīng)電光調(diào)制器B移頻調(diào)制成為雙邊帶探測光信號(hào)，另一路光信號(hào)經(jīng)聲光調(diào)制器上移頻成為相干檢測的本振光信號(hào)；所述探測光信號(hào)在TO時(shí)刻由控制計(jì)算機(jī)向電光調(diào)制器B發(fā)出控制命令，經(jīng)過光環(huán)形器、多路光開關(guān)、三芯光纖扇出器進(jìn)入三芯光纖分布傳感器光纜中三芯光纖的一根纖芯，被三芯光纖分布傳感器光纜一側(cè)端面的高反射銀膜反射而反向傳輸；所述泵浦光信號(hào)在Tl時(shí)刻由控制計(jì)算機(jī)向電光調(diào)制器A發(fā)出控制命令，經(jīng)過光環(huán)形器、多路光開關(guān)、三芯光纖扇出器進(jìn)入三芯光纖分布傳感器光纜中三芯光纖的一根纖芯；所述的探測光信號(hào)與泵浦光信號(hào)在三芯光纖分布傳感器光纜中三芯光纖的一根纖芯內(nèi)部某點(diǎn)相遇，由于受激布里淵散射效應(yīng)發(fā)生能量耦合，形成受激布里淵散射信號(hào)；所述的受激布里淵散射信號(hào)經(jīng)光環(huán)形器與本振光信號(hào)經(jīng)50/50光耦合器D進(jìn)入平衡光電探測器，發(fā)生光學(xué)相干；所述的相干信號(hào)由頻譜分析儀檢測并分析能量耦合強(qiáng)弱即受激布里淵散射的增益(損耗)，通過掃描電光調(diào)制器B對(duì)探測光信號(hào)移頻的量，可以繪制探測光與泵浦光發(fā)生受激布里淵散射的增益(損耗)譜，進(jìn)而確定與應(yīng)力、溫度有關(guān)的受激布里淵頻移量；所述多路光開關(guān)在控制計(jì)算機(jī)的控制下切換三芯光纖分布傳感器光纜中三芯光纖和隔絕外應(yīng)力封裝的參考光纖光纜作為測量光路；所述的探測光信號(hào)發(fā)射時(shí)刻TO和泵浦光信號(hào)發(fā)射時(shí)刻Tl，調(diào)整TO與Tl的間隔，可以控制探測光信號(hào)和泵浦光信號(hào)在三芯光纖分布傳感器光纜中三芯光纖和隔絕外應(yīng)力封裝的參考光纖光纜內(nèi)發(fā)生受激布里淵散射的位置即測量應(yīng)力、溫度的位置；按上述方法，連續(xù)調(diào)整TO與Tl的間隔，可以獲得三芯光纖分布傳感器光纜的應(yīng)力、溫度分布和隔絕外應(yīng)力封裝的參考光纖光纜的溫度分布，進(jìn)而獲得無溫度耦合的三芯光纖分布傳感器光纜應(yīng)力分布信息，根據(jù)三芯光纖分布傳感器光纜中三芯光纖的三根纖芯的應(yīng)力分布可以重建三芯光纖分布傳感器光纜的三維空間形狀。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0011]1.基于受激布里淵原理的三芯光纖空間形狀測量裝置及方法具有信噪比高、因泵浦光消耗引起的非局域效應(yīng)不明顯、精度高、對(duì)環(huán)境不敏感、可以依附在被測構(gòu)件表面實(shí)時(shí)測量以及使用壽命長的特點(diǎn)。
[0012]2.三芯光纖分布傳感器光纜體積小、重量輕，既可以依附在待測構(gòu)件表面也可以埋入構(gòu)件內(nèi)部使用；光學(xué)探測信號(hào)僅在光纖內(nèi)部傳輸，將空間位置信息轉(zhuǎn)化為布里淵頻移量的改變，測量時(shí)不受空間遮擋效應(yīng)和空氣流動(dòng)的影響。
[0013]3.在三芯光纖分布傳感器光纜外部并列設(shè)置一根隔絕外應(yīng)力封裝的參考光纖光纜，消除了環(huán)境溫度變化對(duì)測量的影響，大大提高了傳感器對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力，可以滿足多變、惡劣環(huán)境下的測量要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014圖1是基于受激布里淵原理的三芯光纖空間形狀測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是三芯光纖分布傳感器光纜示意圖；
[0016]圖3是圖2中A-A剖面圖；
[0017]圖4是基于受激布里淵原理的三芯光纖空間形狀測量方法的信號(hào)示意圖；
[0018]圖5是三芯光纖分布傳感器光纜傳感原理的示意圖；
[0019]圖6是三芯光纖分布傳感器光纜的一個(gè)測量實(shí)例示意圖，圖中本發(fā)明正在測量一架客機(jī)的機(jī)翼。
[0020]圖中:11.窄帶寬可調(diào)激光器，12.50/50光耦合器(A)，13.50/50光耦合器(B)，14.電光調(diào)制器(A), 15.電光調(diào)制器(B), 16.摻鉺光纖放大器，1750/50光稱合器(C), 18光環(huán)形器，19多路光開關(guān)，110.三芯光纖扇出器，111.三芯光纖分布傳感器光纜，112.隔絕外應(yīng)力封裝的參考光纖光纜，113.射頻頻譜分析儀，114.平衡光電探測器，115.50/50光耦合器(D)，116.聲光調(diào)制器，117.控制計(jì)算機(jī)，21.三芯光纖，22.保護(hù)套，23.高反射銀膜，31.窄帶寬可調(diào)激光器輸出光經(jīng)電光調(diào)制器A調(diào)制后頻域和時(shí)域中的光信號(hào)，32.窄帶寬可調(diào)激光器輸出光經(jīng)電光調(diào)制器A調(diào)制后頻域中的光信號(hào)，33.窄帶寬可調(diào)激光器輸出光經(jīng)電光調(diào)制器A調(diào)制后時(shí)域中的光信號(hào)，34.窄帶寬可調(diào)激光器輸出光經(jīng)電光調(diào)制器B調(diào)制后頻域中的雙邊帶探測光信號(hào)，35.頻域中雙邊帶光信號(hào)低頻分量卜&，36.調(diào)制前窄帶寬可調(diào)激光器輸出光的頻率f，37.頻域中雙邊帶光信號(hào)高頻分量f+f^，38.頻域中三芯光纖分布傳感器光纜中參與受激布里淵散射能量耦合的光信號(hào)，39.頻域中雙邊帶光信號(hào)低頻分量卜&，310.調(diào)制前窄帶寬可調(diào)激光器輸出光的頻率f，311.頻域中雙邊帶光信號(hào)高頻分量f+4,312.窄帶寬可調(diào)激光器輸出光經(jīng)聲光調(diào)制器調(diào)制后的頻移本振光信號(hào)，313.調(diào)制前窄帶寬可調(diào)激光器輸出光的頻率f，314.頻域中聲光移頻后的f+80Mhz本振光信號(hào)，315.發(fā)生受激布里淵散射能量耦合后進(jìn)入平衡光電探測器前的頻域光信號(hào)，316.頻域中被放大的雙邊帶光信號(hào)高頻分量f+fo，317.調(diào)制前窄帶寬可調(diào)激光器輸出光的頻率f，318.頻域中聲光移頻后的f+80Mhz本振光信號(hào)，319.頻域中被損耗的雙邊帶光信號(hào)低頻分量f-fQ。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0022]一種基于受激布里淵原理的三芯光纖空間形狀測量裝置，包括窄帶寬可調(diào)激光器
11、50/50光耦合器(A)12、50/50光耦合器(B) 13、電光調(diào)制器(A) 14、電光調(diào)制器(B) 15、摻鉺光纖放大器16、50/50光稱合器(C) 17、光環(huán)形器18、多路光開關(guān)19、平衡光電探測器114、50/50光耦合器(D) 115和聲光調(diào)制器116，所述窄帶寬可調(diào)激光器11與50/50光耦合器(A) 12、50/50光耦合器(A) 12與50/50光耦合器(B) 13和電光調(diào)制器(A) 14、電光調(diào)制器
(A)14與摻鉺光纖放大器16、摻鉺光纖放大器16與50/50光稱合器(C) 17、50/50光稱合器(B)13分別與電光調(diào)制器(B) 15和聲光調(diào)制器116通過單模光纖連接形成通路；所述50/50光率禹合器(C) 17與光環(huán)形器18、光環(huán)形器18與多路光開關(guān)19、多路光開關(guān)19與三芯光纖扇出器110通過單模光纖連接形成通路；所述聲光調(diào)制器116與50/50光耦合器(D) 115、50/50光耦合器(D) 115與平衡光電探測器114和光環(huán)形器18通過單模光纖連接形成通路；所述三芯光纖扇出器110與三芯光纖分布傳感器光纜111連接，所述三芯光纖分布傳感器光纜111由纖芯均布配置的三芯光纖21和配置在三芯光纖21外部的保護(hù)套22構(gòu)成，在保護(hù)套22的一側(cè)端面上設(shè)置高反射銀膜23，所述高反射銀膜23將三芯光纖21的一側(cè)端面完全覆蓋；所述多路光開關(guān)19與隔絕外應(yīng)力封裝的參考光纖光纜112經(jīng)單模光纖連接形成通路；控制計(jì)算機(jī)117通過電纜分別與電光調(diào)制器(A) 14、電光調(diào)制器(B) 15、多路光開關(guān)19、頻譜分析儀113連通，所述頻譜分析儀113通過電纜與平衡光電探測器114連通。
[0023]一種基于受激布里淵原理的三芯光纖空間形狀測量方法，窄帶寬可調(diào)激光器11發(fā)出的光被50/50光稱合器(A) 12分成兩束光信號(hào),其中一束光信號(hào)經(jīng)過電光調(diào)制器(A) 14調(diào)制成為脈沖泵浦光信號(hào)31，另一束經(jīng)50/50光耦合器(B) 13分光成兩束光信號(hào)；所述兩束光信號(hào)，一束光信號(hào)經(jīng)電光調(diào)制器(B) 15移頻調(diào)制成為雙邊帶探測光信號(hào)35和37，另一路光信號(hào)經(jīng)聲光調(diào)制器116上移頻成為相干檢測的本振光信號(hào)314 ;所述探測光信號(hào)34在T0時(shí)刻由控制計(jì)算機(jī)117向電光調(diào)制器(B) 15發(fā)出控制命令，經(jīng)過光環(huán)形器18、多路光開關(guān)19、三芯光纖扇出器110進(jìn)入三芯光纖分布傳感器光纜111中三芯光纖21的一根纖芯，被三芯光纖分布傳感器光纜111 一側(cè)端面的高反射銀膜23反射而反向傳輸；所述泵浦光信號(hào)31在T1時(shí)刻由控制計(jì)算機(jī)117向電光調(diào)制器(A) 14發(fā)出控制命令，經(jīng)過光環(huán)形器18、多路光開關(guān)19、三芯光纖扇出器110進(jìn)入三芯光纖分布傳感器光纜111中三芯光纖21的一根纖芯；所述的探測光信號(hào)34與泵浦光信號(hào)31在三芯光纖分布傳感器光纜111中三芯光纖21的一根纖芯內(nèi)部某點(diǎn)相遇，由于受激布里淵散射效應(yīng)發(fā)生能量耦合38，形成受激布里淵散射信號(hào)；所述的受激布里淵散射信號(hào)經(jīng)光環(huán)形器18與本振光信號(hào)318經(jīng)50/50光稱合器(D) 115進(jìn)入平衡光電探測器114發(fā)生光學(xué)相干；所述的相干信號(hào)由頻譜分析儀113檢測并分析能量耦合強(qiáng)弱即受激布里淵散射的增益(損耗)，通過掃描電光調(diào)制器⑶15對(duì)探測光信號(hào)34移頻的量，可以繪制探測光與泵浦光發(fā)生受激布里淵散射的增益(損耗)譜，進(jìn)而確定與應(yīng)力、溫度有關(guān)的受激布里淵頻移量；所述多路光開關(guān)19在控制計(jì)算機(jī)117的控制下切換三芯光纖分布傳感器光纜111中三芯光纖21和隔絕外應(yīng)力封裝的參考光纖光纜112作為測量光路；所述的探測光信號(hào)34發(fā)射時(shí)刻Ttl和泵浦光信號(hào)31發(fā)射時(shí)刻T1，調(diào)整Ttl與T1的間隔，可以控制探測光信號(hào)34和泵浦光信號(hào)31在三芯光纖分布傳感器光纜111中三芯光纖21和隔絕外應(yīng)力封裝的參考光纖光纜112內(nèi)發(fā)生受激布里淵散射的位置即測量應(yīng)力、溫度的位置；按上述方法，連續(xù)調(diào)整TO與Tl的間隔，可以獲得三芯光纖分布傳感器光纜111的應(yīng)力、溫度分布和隔絕外應(yīng)力封裝的參考光纖光纜112的溫度分布，進(jìn)而獲得無溫度耦合的三芯光纖分布傳感器光纜111應(yīng)力分布信息，根據(jù)三芯光纖分布傳感器光纜111中三芯光纖21的三根纖芯的應(yīng)力分布可以重建三芯光纖分布傳感器光纜111的三維空間形狀。
[0024]本發(fā)明的工作過程如下:
[0025]基于受激布里淵原理的三芯光纖空間形狀測量裝置及方法的測量過程，如圖6所不，將三芯光纖分布傳感器光纜111依附在一架客機(jī)的機(jī)翼的表面(或?qū)⑵渎袢霗C(jī)翼內(nèi)部)，此時(shí)三芯光纖分布傳感器光纜111將根據(jù)機(jī)翼表面的形狀變化即三芯光纖分布傳感器光纜111的空間形狀就是待測機(jī)翼的空間形狀。由于三芯光纖分布傳感器光纜111在空間中發(fā)生變形，其內(nèi)部的三芯光纖21將受到應(yīng)力作用，可以采用基于受激布里淵散射的測量裝置和方法測量三芯光纖21內(nèi)部的應(yīng)力分布，進(jìn)而重建空間形狀。
[0026]基于受激布里淵原理的三芯光纖空間形狀測量裝置及方法是這樣工作的:窄帶寬可調(diào)激光器11工作在波長1540nm(對(duì)應(yīng)光頻率為f)、光譜線寬為500kHz、連續(xù)發(fā)光、防跳模狀態(tài)。其輸出的光首先被分成兩路，一路被電光調(diào)制器(A) 14調(diào)制為脈沖泵浦光信號(hào)，脈沖寬度為τ ;另一路又被分成兩路，一路被電光調(diào)制器(B) 15調(diào)制成雙邊帶探測光信號(hào)，另一路被聲光調(diào)制器116調(diào)制為上移頻80Mhz的本振光信號(hào)。在測量三芯光纖光纜時(shí)，控制計(jì)算機(jī)117在Ttl時(shí)刻向三芯光纖傳感器光纜111的三芯光纖21中的一個(gè)纖芯輸入探測光信號(hào)，之后，在T1時(shí)刻向三芯光纖傳感器光纜111的三芯光纖21中的一個(gè)纖芯輸入泵浦光信號(hào)。探測光信號(hào)和泵浦光信號(hào)將在三芯光纖光纜中的一個(gè)位置相遇并發(fā)生受激布里淵散射，相遇位置可由AT = T1-T1控制。當(dāng)二者相遇時(shí)，將發(fā)生受激布里淵散射，信號(hào)示意圖4中38的三個(gè)光信號(hào)將發(fā)生能量耦合，未調(diào)制的窄帶寬可調(diào)激光器泵浦光310為雙邊帶高頻分量311作為探測光的斯托克斯光，311的能量將向310進(jìn)行耦合；雙邊帶低頻分量39為未調(diào)制的窄帶寬可調(diào)激光器泵浦光310作為探測光的斯托克斯光，310的能量將向39進(jìn)行耦合。為了提高探測的信噪比，在檢測布里淵散射信號(hào)時(shí)采用了相干測量的方式，布里淵散射信號(hào)316、319與本振光318產(chǎn)生拍頻，進(jìn)一步由平衡光電探測器114檢測，由射頻頻譜分析儀113輸出頻譜。
[0027]探測光可以作為一個(gè)探針，沿著光纖光纜進(jìn)行掃描，完成沿途各個(gè)位置的受激布里淵頻移測量。對(duì)雙邊帶移頻光信號(hào)的移動(dòng)頻率土fo進(jìn)行掃描，根據(jù)射頻頻譜分析儀113的輸出信號(hào)將可以得到布里淵增益曲線。而當(dāng)土fo滿足受激布里淵散射移頻量時(shí)，能量耦合達(dá)到最強(qiáng)即雙邊帶低頻信號(hào)的強(qiáng)度達(dá)到最大(最小)，可以獲得特定位置的受激布里淵頻移量。多路光開關(guān)19在控制計(jì)算機(jī)117的控制下切換三芯光纖分布傳感器光纜111中三芯光纖21和隔絕外應(yīng)力封裝的參考光纖光纜112作為測量光路,可以對(duì)三芯光纖分布傳感器光纜111的應(yīng)力、溫度分布和隔絕外應(yīng)力封裝的參考光纖光纜112的溫度分布進(jìn)行測量。應(yīng)變和溫度對(duì)受激布里淵頻移量的影響參數(shù)分別為4.48Mhz/m ε和1.18Mhz/°C，隔絕外應(yīng)力封裝的參考光纖光纜112可以提供溫度分布信息，可以從應(yīng)力、溫度耦合中解耦三芯光纖分布傳感器光纜111中三芯光纖21的三根纖芯的應(yīng)力分布，利用三根纖芯的應(yīng)力信息可以對(duì)整個(gè)傳感器光纜的空間形狀進(jìn)行重構(gòu)如圖5所示，完成待測構(gòu)件空間形狀的測量。
【權(quán)利要求】
1.一種基于受激布里淵原理的三芯光纖空間形狀測量裝置，包括窄帶寬可調(diào)激光器(11)、50/50光耦合器A (12)、50/50光耦合器B (13)、電光調(diào)制器A (14)、電光調(diào)制器B (15)、摻鉺光纖放大器(16)、50/50光稱合器C(17)、光環(huán)形器(18)、多路光開關(guān)(19)、平衡光電探測器(114)、50/50光耦合器D(115)和聲光調(diào)制器(I 16)，所述窄帶寬可調(diào)激光器(11)與50/50光耦合器A (12)、50/50光耦合器A (12)與50/50光耦合器B (13)和電光調(diào)制器A(14)、電光調(diào)制器A(14)與摻鉺光纖放大器(16)、摻鉺光纖放大器(16)與50/50光f禹合器C (17)、50/50光耦合器B (13)分別與電光調(diào)制器B (15)和聲光調(diào)制器(116)通過單模光纖連接形成通路；所述50/50光耦合器C (17)與光環(huán)形器(18)、光環(huán)形器(18)與多路光開關(guān)(19)、多路光開關(guān)(19)與三芯光纖扇出器(110)通過單模光纖連接形成通路；所述聲光調(diào)制器(116)與50/50光耦合器D (115)、50/50光耦合器D (115)與平衡光電探測器(114)和光環(huán)形器(18)通過單模光纖連接形成通路；其特征在于:所述三芯光纖扇出器(110)與三芯光纖分布傳感器光纜(111)連接，所述三芯光纖分布傳感器光纜(111)由纖芯均布配置的三芯光纖(21)和配置在三芯光纖(21)外部的保護(hù)套(22)構(gòu)成，在保護(hù)套(22)的一側(cè)端面上設(shè)置高反射銀膜(23)，所述高反射銀膜(23)將三芯光纖(21)的一側(cè)端面完全覆蓋；所述多路光開關(guān)(19)與隔絕外應(yīng)力封裝的參考光纖光纜(112)經(jīng)單模光纖連接形成通路；控制計(jì)算機(jī)(117)通過電纜分別與電光調(diào)制器A(14)、電光調(diào)制器B(15)、多路光開關(guān)(19)、頻譜分析儀(113)連通，所述頻譜分析儀(113)通過電纜與平衡光電探測器(114)連通。
2.一種基于受激布里淵原理的三芯光纖空間形狀測量方法，其特征在于:窄帶寬可調(diào)激光器(11)發(fā)出的光被50/50光f禹合器A(12)分成兩束光信號(hào),其中一束光信號(hào)經(jīng)過電光調(diào)制器A (14)調(diào)制成為脈沖泵浦光信號(hào)(31),另一束光信號(hào)經(jīng)50/50光f禹合器B (13)分光成兩束光信號(hào)；所述 兩束光信號(hào)，一束光信號(hào)經(jīng)電光調(diào)制器B(15)移頻調(diào)制成為雙邊帶探測光信號(hào)(35)和(37)，另一路光信號(hào)經(jīng)聲光調(diào)制器(116)上移頻成為相干檢測的本振光信號(hào)(314);所述探測光信號(hào)(34)在Ttl時(shí)刻由控制計(jì)算機(jī)(117)向電光調(diào)制器B(15)發(fā)出控制命令，經(jīng)過光環(huán)形器(18)、多路光開關(guān)(19)、三芯光纖扇出器(110)進(jìn)入三芯光纖分布傳感器光纜(111)中三芯光纖(21)的一根纖芯,被三芯光纖分布傳感器光纜(111) 一側(cè)端面的高反射銀膜(23)反射而反向傳輸；所述泵浦光信號(hào)(31)在T1時(shí)刻由控制計(jì)算機(jī)(117)向電光調(diào)制器A(14)發(fā)出控制命令,經(jīng)過光環(huán)形器(18)、多路光開關(guān)(19)、三芯光纖扇出器(110)進(jìn)入三芯光纖分布傳感器光纜(111)中三芯光纖(21)的一根纖芯；所述的探測光信號(hào)(34)與泵浦光信號(hào)(31)在三芯光纖分布傳感器光纜(111)中三芯光纖(21)的一根纖芯內(nèi)部某點(diǎn)相遇，由于受激布里淵散射效應(yīng)發(fā)生能量耦合(38)，形成受激布里淵散射信號(hào)；所述的受激布里淵散射信號(hào)經(jīng)光環(huán)形器(18)與本振光信號(hào)(318)經(jīng)50/50光耦合器D(115)進(jìn)入平衡光電探測器(114)發(fā)生光學(xué)相干；所述的相干信號(hào)由頻譜分析儀(113)檢測并分析能量耦合強(qiáng)弱即受激布里淵散射的增益或損耗，通過掃描電光調(diào)制器B(15)對(duì)探測光信號(hào)(34)移頻的量，繪制探測光與泵浦光發(fā)生受激布里淵散射的增益或損耗譜，進(jìn)而確定與應(yīng)力、溫度有關(guān)的受激布里淵頻移量；所述多路光開關(guān)(19)在控制計(jì)算機(jī)(117)的控制下切換三芯光纖分布傳感器光纜(111)中三芯光纖(21)和隔絕外應(yīng)力封裝的參考光纖光纜(112)作為測量光路；所述的探測光信號(hào)(34)發(fā)射時(shí)刻Ttl和泵浦光信號(hào)(31)發(fā)射時(shí)刻T1，調(diào)整Ttl與T1的間隔，可以控制探測光信號(hào)(34)和泵浦光信號(hào)(31)在三芯光纖分布傳感器光纜(111)中三芯光纖(21)和隔絕外應(yīng)力封裝的參考光纖光纜(112)內(nèi)發(fā)生受激布里淵散射的位置即測量應(yīng)力、溫度的位置；按上述方法，連續(xù)調(diào)整Ttl與T1的間隔，可以獲得三芯光纖分布傳感器光纜(111)的應(yīng)力、溫度分布和隔絕外應(yīng)力封裝的參考光纖光纜(112)的溫度分布，進(jìn)而獲得無溫度耦合的三芯光纖分布傳感器光纜(111)應(yīng)力分布信息，根據(jù)三芯光纖分布傳感器光纜(111)中三芯光纖(21)的三根纖芯的應(yīng)力分布重建三芯光 纖分布傳感器光纜(111)的三維空間形狀。
【文檔編號(hào)】G01B11/24GK103900491SQ201410118969
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】崔繼文, 馮昆鵬, 譚久彬 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)
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