[发明专利]一种透射式光纤湍流传感器

说明书

技术领域

本发明涉及大气光学光纤传感器领域，具体为一种透射式光纤湍流传感器。

背景技术

大气湍流的存在直接影响了光的传播，造成湍流大气光传播效应。大气湍流是大气的一种不规则随机起伏运动，它主要包括矢量风场和标量折射率场等物理特性随时间的涨落。通常把风速的起伏称之为动力湍流，而与光传播密切相关的折射率的起伏被称之为光学湍流。光学湍流对光传播的影响主要集中在直线传播的近轴范围内，典型的例子有：在烈日下通过柏油路面看远处的目标，能够发现空气蒸腾和目标抖动现象；在清朗的夜空看天上的繁星，能够发现星光闪烁现象。当具有高相干度、高强度和强方向性的激光经过长距离的大气传输后，其相干性、能量集中度和方向性都会遭受不同程度的破坏，表现为激光波前畸变、光束漂移、光强起伏等湍流大气光传播效应。对于地基空间目标观测、自由空间激光通信、激光雷达探测和激光测距等先进光学工程应用而言，这些效应是影响其性能发挥的不可逾越的关键因素。定量地测量和评估大气光学湍流及其对光传播的影响对于天文观测站址选择、空间光通信和激光测距系统设计和激光雷达信号的分析等有着重大的实际意义。

目前，用于测量大气光学湍流的技术手段主要有两类：一类是温度脉动法，另一类是光传播效应法。根据前者发展的湍流测量设备为温度脉动仪，该仪器用直径为μm量级的铂金属丝作为传感元件，利用铂丝阻值对温度的敏感性来测量大气的温度变化，进而转化大气折射率的变化。该仪器测量光学湍流的不足之处在于所用的铂金属丝仅有几μm的直径，容易被折断或污染，若进行长期的观测需要经常性地更换铂丝，难以达到测量的实时性；另外，它是一种接触式的测量手段，其响应速率取决于空气与金属丝的热交换速率(通常仅有几十Hz)。根据后者发展的湍流测量设备有激光闪烁仪和大气相干长度仪。通常大气湍流折射率的起伏非常微小，只有当光波传播较长的路径后(通常为几百米以上)，湍流大气引起的光波相位和光强起伏方可便于检测，因此，根据上述方法测得的光学湍流参数都是进行路径平均的结果。

综上所述，现有的光学湍流测量设备要么是间接的，要么是大尺度平均的。为了获得局域高时空分辨率的光学湍流特性，一类大气光学湍流的光纤干涉测量系统被提出，并在理论上得到了逐步的完善，见参考文献：

[1]Marc D.Mermelstein.Fiber-optic atmospheric turbulence sensor.Optics Letters，1995，20：1922-1923.

[2]Haiping Mei，Baosheng Li，Honglian Huang，et al.Piezoelectric optical fiber stretcher for application in an atmospheric optical turbulence sensor.Applied Optics.46(20)，2007：4371-4375.

[3]梅海平.大气光学湍流的光纤测量技术研究.中国科学院博士学位论文.2007.

[4]郝磊.载波调制型大气光学湍流光纤测量系统的研制.中国科学院硕士学位论文.2008.

但从目前已见报道的光纤湍流测量系统来看，只是搭建了临时的实验光路。该光路用光纤调整架来固定光纤器件，本身体积较大，对湍流运动有一定的妨碍作用，而且环境适应能力较差，无法组成传感器阵列，难以满足实际应用的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种透射式光纤湍流传感器，以解决现有技术的光纤干涉湍流测量系统没有专门的传感器的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种透射式光纤湍流传感器，其特征在于：包括有隔振器、叉状的支架，所述隔振器通过上部的接杆在支架重心位置支撑支架，隔振器通过下部的支撑杆安装在底座上，所述支架由叉板、与叉板成型为一体且相互对称的叉臂构成，两叉臂臂端相对，所述支架的叉板上设置有与叉臂一一对应的两路光纤，每路光纤一端从叉板沿对应的叉臂走向后引至叉臂臂端，并在叉臂臂端位置连接有光纤准直器，所述光纤另一端从叉板引出并连接有光纤连接器，位于叉板上的每路光纤中还分别连接有光纤耦合器、位于光纤耦合器和光纤连接器之间的光隔离器，两路光纤的光纤耦合器之间通过光纤连接。