[发明专利]一种基于超大测量范围PDH传感的应变测量装置

权利要求书

1.一种基于超大测量范围PDH传感的应变测量装置，其特征在于：包含相位调制模块(12)、光纤光栅传感模块(13)和解调模块(14)，还包含循环移频模块(11)，窄线宽激光器(101)通过第一偏振态控制器(102)依次与循环移频模块(11)、相位调制模块(12)、光纤光栅传感模块(13)连接，光纤光栅传感模块(13)通过光电探测器(103)与解调模块(14)连接，解调模块(14)中的控制计算机(143)和正交解调模块(141)分别与循环移频模块(11)和相位调制模块(12)连接；循环移频模块(11)中，2×2光耦合器(111)的一输出光纤与单边带调制器(116)、掺铒光纤放大器(114)、光带通滤波器(113)和第二偏振态控制器(112)依次连接，第二偏振态控制器(112)另一端与2×2光耦合器(111)的一输入光纤相连接，射频信号发生器(115)产生射频信号，产生射频信号用于对单边带调制器(116)进行调制，同时射频信号频率受控于解调模块(14)中的控制计算机(143)；在一定频率范围内，解调信号是激光频率与光纤光栅谐振频率差的线性函数，并且当频差为0时，输出信号幅值也为0；

如果光纤光栅受待测应变ε的影响，Δω为解调出第N根梳齿与相移光纤光栅谐振频率的差值，以初始激光器频率ω₀为基准，即不施加应变时相移光纤光栅的谐振频率，待测应变表示为：

ε＝k(Nω_m+Δω)

其中，k是相移光纤光栅的应变——频率常数；

当跟踪至光纤光栅谐振频率与第N条梳齿之间频率偏移差为光源频率调制最大值Δω_max时，记此时射频信号发生器发出信号频率即梳齿间频率间隔为第N条梳齿频率为如果谐振频率继续增加向右偏移，则无法再使用第N条梳齿进行跟踪探测，需调整射频信号发生器的信号频率为：

2.根据权利要求1所述的一种基于超大测量范围PDH传感的应变测量装置，其特征在于：所述的窄线宽激光器(101)线宽小于1MHz，同时在一定范围内接受来自外部信号的控制，对输出激光的波长进行控制。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于超大测量范围PDH传感的应变测量装置，其特征在于：所述的相位调制模块(12)中的电信号发生器(122)产生固定频率的正弦波信号，用于驱动光相位调制器(121)，并与解调模块(14)进行连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于超大测量范围PDH传感的应变测量装置，其特征在于：所述的光纤光栅传感模块(13)的光纤环形器(131)通过单模光纤依次与第三偏振态控制器(132)和传感光纤光栅(133)连接，光纤环形器(131)另一端与光电探测器(103)相连，传感光纤光栅(133)为相移光纤光栅。

5.根据权利要求4所述的一种基于超大测量范围PDH传感的应变测量装置，其特征在于：所述的解调模块(14)的正交解调模块(141)、数据采集卡(142)和控制计算机(143)依次连接，控制计算机(143)分别向射频信号发生器(115)和窄线宽激光器(101)发出控制信号，正交解调模块(141)采用正交解调方法对信号进行解调。

6.根据权利要求5所述的一种基于超大测量范围PDH传感的应变测量装置，其特征在于：由窄线宽激光器发射的窄谱稳定激光经过第一偏振态控制器后经过循环移频模块中的2×2耦合器，送入单边带调制器上进行频移，单边带调制器的调制信号由射频信号发生器产生，再通过掺铒光纤放大器以及带通滤波器，由于不同偏振态的光会对单边带调制器产生影响，因此对循环移频模块中的光的偏振态进行控制，经过第二偏振态控制器的频移后的光经过2×2耦合器后分为两路，经过调制后的频率送入光纤光栅传感模块，激光通过光纤环形器后在进入光纤光栅之前，要经过第三偏振态控制器的调制，因为不同的偏振态会在光纤光栅内部产生多余无用的谐振峰，经过第三偏振态控制器的激光进入传感光纤光栅内部，反射信号再次经过第三偏振态控制器后进入光纤环形器，被送往后部的解调装置中；反射信号由光电探测器转换为电信号后送入解调模块进行解调，经过正交解调模块后得到对应的PDH误差信号，处理后的PDH误差信号经过数据采集卡进行采集，交由控制计算机进行后续的控制和运算，计算后的误差信号用来调整激光器频率，通过对激光器调制频率的控制量大小得到光纤光栅中心频率的偏移量大小，解算出外界物理量变化的大小，当达到光源频率调制最大值时，控制计算机向射频信号发生器发出控制信号，调整射频信号发生器的输出信号频率，继续进行跟踪探测，实现应变测量范围的扩大。