[发明专利]高灵敏度分布式的流体静压强传感方法

摘要

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。

主权项

1.一种高灵敏度分布式的流体静压强传感方法，所述方法利用高灵敏度分布式的流体静压强传感器，所述传感器包括第一可调谐激光器模块(1)、第二可调谐激光器模块(2)、传感光纤(3)、偏振分束器(4)、光电探测器(5)、光纤环形器(6)、数据采集卡(7)和第三可调谐激光器模块(10)；第一可调谐激光器模块(1)输出频率为ν0的连续激光，该束激光为偏振态与传感光纤(3)的x轴一致的单偏振态连续激光，该束激光注入传感光纤(3)的+x轴；第二可调谐激光器模块(2)输出频率为ν1的连续激光，该束激光为偏振态与传感光纤(3)的x轴一致的单偏振态连续激光，且频率ν0与ν1之间相差一个光纤布里渊频移△νB，即|ν1‑ν0|＝△νB；将ν1频率激光输入偏振分束器(4)的x轴端口，然后从偏振分束器(4)的合束端口输出并注入传感光纤(3)的‑x轴；从+x轴、‑x轴相对方向注入传感光纤(3)的两束激光在光纤中发生受激布里渊散射现象，形成布里渊动态光栅；第三可调谐激光器模块(10)输出的频率为ν2的脉冲光，ν2满足条件ν2‑ν1＝△νBire，ν2与ν1之间的频差相差一个光纤的双折射频移△νBire，该束激光为偏振态与传感光纤(3)的y轴一致的激光，该束脉冲光经过光纤环形器(6)的1端口注入，由2端口射出，进入偏振分束器(4)的y轴端口，从偏振分束器(4)合束端口出来的ν2脉冲光注入传感光纤(3)的y轴；频率为ν2的脉冲光读取频率ν0与ν1两束激光在传感光纤(3)中所形成的布里渊动态光栅的信息；布里渊动态光栅将ν2脉冲光反射，被反射的ν2脉冲光由偏振分束器(4)的y轴端口出射，进入光纤环形器(6)的2端口，从光纤环形器(6)的3端口出射，被光电探测器(5)接收到，之后探测数据被数据采集卡(7)采集到并保存；数据采集卡(7)的采集频率与ν2脉冲光的频率同步；数据采集卡(7)将采集反射光强的时域信号处理得到对应的每一个点的双折射频移信号，进而获取光纤上的压强信息；该方法涉及的实验装置包括第一压力容器(16)、第二压力容器(17)、压力泵(11)、真空泵(20)、压强计(12)、第一限压阀(13)、第二限压阀(15)、第三限压阀(18)、第四限压阀(21)、泄压阀(19)、左端密封塞(14)和右端密封塞(22)；第一压力容器(16)和第二压力容器(17)平行、连通设置，中间的连通管上设置有第二限压阀(15)；第一压力容器(16)的两端口分别由左端密封塞(14)和右端密封塞(22)进行密封，第一压力容器(16)的管壁上还设置有泄压阀(19)；第二压力容器(17)左端口设置有给压力容器施加压力的压力泵(11)，左端口管路上设置有第一限压阀(13)，第二压力容器(17)右端口设置有压强计(12)，右端口管路上设置有第四限压阀(21)，第二压力容器(17)的管壁支出管路上设置有第三限压阀(18)，且该支出管路端口设置有抽出液体的真空泵(20)；其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一，利用注射器针头扎穿左端密封塞(14)，将传感光纤(3)从针孔穿过，拔出针头，左端密封塞(14)自然收紧将传感光纤(3)夹紧；步骤二，将传感光纤(3)放入第二压力容器(17)，利用步骤一的方法让传感光纤(3)穿过右端密封塞(22)；步骤三，利用左端密封塞(14)和右端密封塞(22)将第二压力容器(17)密封起来，调节传感光纤(3)在压力容器17内的长度，使其在压力容器内保持自然拉紧状态；步骤四，将传感光纤(3)所在的流体静压强传感器调试至正常工作状态；步骤五，关闭第二限压阀(15)，测量一组常压下的传感光纤(3)双折射频移信号，作为基准信号；步骤六，打开第一限压阀(13)、第二限压阀(15)、第三限压阀(18)、第四限压阀(21)，调节压力泵(11)和真空泵(20)改变第一压力容器(16)和第二压力容器(17)内流体环境静压强，通过压强计(12)读出第一压力容器(16)和第二压力容器(17)内流体环境静压强，关闭第一限压阀(13)和第三限压阀(18)，维持第一压力容器(16)和第二压力容器(17)内流体环境静压强，测量一组在该气压下的传感光纤(3)双折射频移信号；步骤七，重复步骤六获得多组不同气压条件下的传感光纤(3)双折射频移信号，与步骤五获得的基准信号作差，获得不同气压条件下的传感光纤(3)双折射频移变化差值；步骤八，从步骤七获得的差值信号中找出变化幅值最大的一点，将其在不同气压条件下获得的差值信号与对应的气压值作拟合曲线，计算得到光纤气压传感器的传感灵敏度。