[发明专利]高灵敏度分布式的流体静压强传感方法

说明书

高灵敏度分布式的流体静压强传感器及利用该传感器测量流体环境压强的方法，属于光学领域，本发明为解决现有流体静压强传感器精度低的问题。本发明该传感器：频率相差一个光纤布里渊频移的ν₀激光与ν₁激光相对入射至传感光纤的x轴，并发生布里渊散射；与ν₀激光或ν₁激光相差一个光纤的双折射频移的ν₂脉冲光注入传感光纤的y轴，被布里渊动态光栅反射后输出，通过在传感光纤中激发和探测布里渊动态光栅测量光纤双折射频移的变化，得到光纤双折射的变化，从而解调出光纤受到的外界流体环境静压强变化的位置与大小。利用该传感器测量流体环境压强的方法：通过测量传感光纤双折射频移变化来获取传感光纤外界流体环境静压强变化信息。

技术领域

本发明属于光学领域，涉及基于布里渊动态光栅技术的流体静压强传感器及其系统测试与使用方法。

背景技术

在现今工业水平飞速提高以及生产方式不断发展的大背景下，人们对生产环境的健康监测提出了越来越高的要求，这其中对于流体环境中的压强监测是目前最受关注的研究方向之一，因此，对于高灵敏度分布式的流体静压强传感器的研究具有很高的研究价值以及实用价值。相对于其他传统的流体静压强传感器而言，光纤流体静压强传感器具有诸多独特的优点：首先，采用光纤传感技术可以做到有效防止电磁干扰，相较普通电学传感器能够获得更精确的测量结果；其次，由于光纤既作为传感器件又作为信号传输信道，以光信号作为传输信号，可以有效降低应用成本，提高传输速度；再者，由于光纤本身的尺寸小，因而光纤流体静压强传感器普遍具有小型化的特点，能够应用于更多普通流体静压强传感器难以探测的工作环境。

目前，广泛采用的光纤测量仪器主要有基于光纤布拉格光栅技术的流体静压强传感器。这种传感器是通过测量光谱中心波长的移动量来定量测量外界流体环境静压强的变化， 2012年，Stephen J等人在Sensors上发表了关于利用光纤布拉格光栅探测特殊环境的文章 (Stephen J.Mihailov.Fiber Bragg Grating Sensors for Harsh Environments[J]. Sensors,2012:1898-1918)。但是，光纤布拉格光栅的带宽受到本身刻蚀结构的影响，比外部流体环境静压强造成的频移大得多，降低了测量精度。另外一种广泛应用的测量方式是利用光纤微加工的方式在光纤上刻蚀微结构，制作光纤微结构流体静压强传感器，2015年， W.Talataisong等人通过在光纤上刻蚀微空腔制作了高灵敏度的高压传感器(W.Talataisong.,D.N.Wang.,R.Chitaree.,C.R.Liao.,et al.Fiber in-line Mach–Zehnderinterferometer based on an inner air-cavity for high-pressure sensing[J].Optics Letters,2015, 40(7):1220-1222)。这种方式确实具有很高的传感灵敏度，但是这种传感器属于点式传感器，只能进行短范围内定点测量局部的流体环境静压强大小，此外，光纤微加工难度较大，因此这种传感器的成本相对而言比较高。

发明内容

本发明目的是为了解决现有流体静压强传感器精度低的问题，提供了一种高灵敏度分布式的流体静压强传感器，并且提供出利用该传感器进行测量流体环境压强的方法。

这种传感器主要工作原理是：外界流体环境静压强的变化会在光纤各个径向产生大小不一致的应变，由于弹光效应光纤的折射率分布会因此发生变化，从而引起光纤双折射的变化。由于布里渊动态光栅对于光纤双折射的变化具有很强的敏感性，因此通过在传感光纤中激发和探测布里渊动态光栅测量光纤双折射频移的变化，得到光纤双折射的变化，从而解调出光纤受到的外界流体环境静压强变化的位置与大小。这种传感器具有高灵敏性和高空间分辨率分布式的特点，可以有效地探测到光纤某一局部受到的外界流体环境静压强变化。