CN114777833B - 一种非本征法珀光纤传感探头腔长一致性装调系统及方法 - Google Patents
一种非本征法珀光纤传感探头腔长一致性装调系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114777833B CN114777833B CN202210466280.XA CN202210466280A CN114777833B CN 114777833 B CN114777833 B CN 114777833B CN 202210466280 A CN202210466280 A CN 202210466280A CN 114777833 B CN114777833 B CN 114777833B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical fiber
- perot
- fabry
- cavity length
- sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 68
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 36
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 43
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 25
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 13
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims description 12
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 10
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 9
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 8
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 claims description 7
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 claims 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 12
- 238000013139 quantization Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000035772 mutation Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 241000227425 Pieris rapae crucivora Species 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D18/00—Testing or calibrating apparatus or arrangements provided for in groups G01D1/00 - G01D15/00
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
本发明属于光纤传感器技术领域,涉及一种非本征法珀光纤传感探头腔长一致性装调系统，包括：宽带光源，光谱采集器件，数据处理计算模块，耦合器，光纤连接器，固定支架，微调支架，夹紧装置，待装调法珀传感器，点胶固定点；宽带光源与光谱采集器件光路并联后经耦合器接入光纤连接器，光纤连接器的另一端连接至待装调法珀传感器；本发明通过搭建整体系统，借助光谱仪直接获取传感器干涉信号，并通过数据处理计算模块反向计算实时解析当前实际腔长值，本发明解决了现有技术中采用机械微调读取，由于机械工装自身的精度极限原因，限制了装调的整体精度，以及现有技术中通过光功率计获取传感器返回光信号强度，判断耦合状态，精度不高的问题。
Description
技术领域
本发明属于光纤传感器技术领域，涉及一种非本征法珀光纤传感探头腔长一致性装调系统及方法。
背景技术
传感器技术作为现代信息技术的重要内容，是21世纪人们在发展高新技术方面争夺的制高点之一。光纤传感器是传感器家族中的一支新秀，它是以光波为载体、以光纤为媒介的新型传感器。光纤法布里－珀罗传感器(Optical Fiber Fabry-Perot Sensor，简称光纤F-P或法珀传感器)，是技术较成熟、应用普遍的一种光纤传感器。它是在光纤内制造出两个高反射膜层，从而形成一个腔长为L微腔。当相干光束沿光纤入射到此微腔时，光纤在微腔的两端面反射后沿原路返回、并相遇而产生干涉，其干涉输出信号与此微腔的长度相关。当外界参量(力、压强、变形、位移、温度、电压、电流、磁场……)以一定方式作用于此微腔，使其腔长L发生变化，导致其干涉输出信号也发生相应变化。根据此原理，就可以从干涉信号的变化导出微腔的长度、乃至外界参量的变化，实现各种参量的传感。因为所有的物理量变化都与腔长的变化量有关系，所以腔长的工艺装调至关重要。尽管F-P传感器有诸多优点，但一直困扰研究人员的一个难点，就是如何高精度保证每个F-P传感器的腔长一致性。如果每个传感器的腔长不一致，在解析实际物理量的时候，解调仪的每个通道必须根据每只传感器的自身参数单独标定，这样很难提升生产效率，并且，测试通道与传感器之间必须是一对一关系，难以满足互换性要求。这样的传感器及解调系统是不能满足实际使用需求的。所以，传感探头腔长一致性高精度的装调方法，是非常重要也极为迫切的。
然而，现有技术中装调方式通过微调支架读取内外套管移动量，初始位置为内套管端面与膜片端面重合，拉动内套管远离膜片，读取微调支架的移动量以获取腔长数据。改装调方式容易污染膜片内表面，并且读取微调支架数据，费时费力，易出错。同时，现有技术采用机械微调读取，由于机械工装自身的精度极限，限制了装调的整体精度，常用的通过光功率计获取传感器返回光信号强度，判断耦合状态，精度不高。因此，需要一种操作简单快捷，解析精度高的装调系统，来解决这一问题。
发明内容
本发明解决技术问题所采取的技术方案是：一种非本征法珀光纤传感探头腔长一致性装调系统，包括：宽带光源，光谱采集器件，数据处理计算模块，耦合器，光纤连接器，固定支架，微调支架，夹紧装置，待装调法珀传感器，点胶固定点；宽带光源与光谱采集器件光路并联后经耦合器接入光纤连接器，光纤连接器的另一端连接至待装调法珀传感器；
待装调法珀传感器包括光纤、内套管、外套管、膜片，光纤粘接固定于内套管的内腔，外套管一端开放另一端封闭，膜片粘接固定于外套管的封闭端的端面，外套管的开放端套设在内套管的外壁，内套管的外壁与外套管的外壁上分别设有夹紧装置，固定支架固定支撑内套管外壁的夹紧装置上，微调支架固定支撑外套管外壁的夹紧装置上，微调支架用于实现外套管沿待装调法珀传感器轴向位置的微调；点胶固定点位于外套管的开放端套设在内套管的外壁的套接处。
优选的，所述光纤的端面预先进行研磨。
优选的，所述外套管的中心轴线与膜片粘接端面垂直度允差＜0.03mm。
优选的，所述膜片的内表面镀反射率50％的介质反射膜。
优选的，所述内套管与外套管配合间隙小于0.01mm；以保证腔长调试过程中的装配平行度与垂直度。
优选的，所述微调支架的最小调节精度为0.02um。
本发明还公开一种非本征法珀光纤传感探头腔长一致性装调方法，该方法用于上述的装调系统，包括以下步骤：
步骤一：将待装调法珀传感器的内套管的外壁通过夹紧装置卡紧到固定支架上，将待装调法珀传感器的外套管的外壁通过夹紧装置卡紧到微调支架上；
步骤二：启动宽带光源，将宽带光源发出的光信号，先后经耦合器与光纤连接器，送达膜片的内表面；
步骤三：光纤研磨端面的反射光束I与膜片的内表面的反射光束II，由于光程差而产生干涉，生成干涉光信号；
步骤四：所述干涉光信号沿光纤反向返回光纤连接器，经耦合器的另一个通道，到达光谱采集器件；
步骤五：光谱采集器件采集到的干涉光信号，经数据处理计算模块进行计算处理后生成干涉光谱数据，根据干涉光谱数据计算得出当前调试的腔长真实值，并实时快速刷新；
步骤六：通过微调支架将腔长真实值调节至合格范围后，在点胶固定点处，点少量紫外固化胶并快速固化；
步骤七：待紫外固化胶固化后，关闭宽带光源，松开夹紧装置，取下装调完成的传感器。
优选的，所述步骤五中，数据处理计算模块的计算方法，采用条纹计数解调算法；条纹计数解调算法属于相位解调，传感器的光信号输出为多个参量的组合输出：
式①中，I为传感器的最终输出，L为法珀腔腔长，λ为波长；R为前端膜片镀膜反射率，为常数，B为宽谱光源的带宽；
法珀传感信号本质上是干涉条纹，因而利用干涉条纹计数的标准方法求取腔长L，就是最简单、最直接的解调方法；
若干涉条纹的第m级、第m+q级极大值对应的波长分别为λm，λm+q，即可得出长值L：
式②中，q＝1,2,3…，λ为波长。
优选的，所述步骤五中，数据处理解调算法采用波峰、波谷混合的组合条纹计数方法；分别利用m、m+q级干涉峰值波峰、干涉波谷处的波长值λp，m，λv,m，λp,m+q，λv,m+q，代入式②中，则得到两个腔长值Lp、Lv；若光源是理想均匀宽带光源时，Lp＝Lv；但在具有高斯开光谱分布原条件下Lp≠Lv；Lp与Lv的锯齿形周期变动相关大约1/2周期，因此将两者平均、则两者的贬价可部分相互抵消，从而可大幅度降低测量误差、提高装调精度。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过搭建整体系统，借助光谱仪直接获取传感器干涉信号，并通过数据处理计算模块反向计算实时解析当前实际腔长值，本发明操作简单快捷，解析精度可精确到纳米；解决了现有技术中采用机械微调读取，由于机械工装自身的精度极限原因，限制了装调的整体精度，以及现有技术中通过光功率计获取传感器返回光信号强度，判断耦合状态，精度不高的问题。
2、本发明通过读取光信号的相位信息，对干涉谱进行波长解调，精度远高于强度解调。由于传感器较为灵敏，为减小实时腔长数据的波动量，在波峰条纹计数解调法的基础上，又提出波峰波谷组合条纹计数算法，极大幅度的降低了腔长波动误差值，波动精度可达到纳米级。进一步提升了系统整体的装调精度。
附图说明
图1是一种非本征法珀光纤传感探头腔长一致性装调系统的示意图；
图2是传感器输出的理想光波长分布图；
图3是条纹计数原理示意图；
图4是实际宽谱光源及传感器干涉谱线图；
图5是解调误差δL2与传感器理论腔长L关系图；
图6是连续拉伸实验结果图。
图中：1、宽带光源；2、光谱采集器件；3、数据处理计算模块；4、耦合器；5、光纤连接器；6、固定支架；7、微调支架；8、夹紧装置；9、待装调法珀传感器；10、点胶固定点；91、光纤；92、内套管；93、外套管；94、膜片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的相关技术进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考图1-6，一种非本征法珀光纤传感探头腔长一致性装调系统，包括：宽带光源1，光谱采集器件2，数据处理计算模块3，耦合器4，光纤连接器5，固定支架6，微调支架7，夹紧装置8，待装调法珀传感器9，点胶固定点10；宽带光源1与光谱采集器件2光路并联后经耦合器4接入光纤连接器5，光纤连接器5的另一端连接至待装调法珀传感器9；
待装调法珀传感器9包括光纤91、内套管92、外套管93、膜片94，光纤91粘接固定于内套管92的内腔，外套管93一端开放另一端封闭，膜片94粘接固定于外套管93的封闭端的端面，外套管93的开放端套设在内套管92的外壁，内套管92的外壁与外套管93的外壁上分别设有夹紧装置8，固定支架6固定支撑内套管92外壁的夹紧装置8上，微调支架7固定支撑外套管93外壁的夹紧装置8上，微调支架7用于实现外套管93沿待装调法珀传感器9轴向位置的微调；点胶固定点10位于外套管93的开放端套设在内套管92的外壁的套接处。
进一步的，所述光纤91的端面预先进行研磨。
进一步的，所述外套管93的中心轴线与膜片94粘接端面垂直度允差＜0.03mm。
进一步的，所述膜片94的内表面镀反射率50％的介质反射膜。
进一步的，所述内套管92与外套管93配合间隙小于0.01mm；以保证腔长调试过程中的装配平行度与垂直度。
进一步的，所述微调支架7的最小调节精度为0.02um。
本发明还公开一种非本征法珀光纤传感探头腔长一致性装调方法，该方法用于上述的装调系统，包括以下步骤：
步骤一：将待装调法珀传感器9的内套管92的外壁通过夹紧装置8卡紧到固定支架6上，将待装调法珀传感器9的外套管93的外壁通过夹紧装置8卡紧到微调支架7上；
步骤二：启动宽带光源1，将宽带光源1发出的光信号，先后经耦合器4与光纤连接器5，送达膜片94的内表面；
步骤三：光纤91研磨端面的反射光束I与膜片94的内表面的反射光束II，由于光程差而产生干涉，生成干涉光信号；
步骤四：所述干涉光信号沿光纤91反向返回光纤连接器5，经耦合器4的另一个通道，到达光谱采集器件2；
步骤五：光谱采集器件2采集到的干涉光信号，经数据处理计算模块3进行计算处理后生成干涉光谱数据，根据干涉光谱数据计算得出当前调试的腔长真实值，并实时快速刷新；
步骤六：通过微调支架7将腔长真实值调节至合格范围后，在点胶固定点10处，点少量紫外固化胶并快速固化；
步骤七：待紫外固化胶固化后，关闭宽带光源1，松开夹紧装置8，取下装调完成的传感器。
进一步的，所述步骤五中，数据处理计算模块3的计算方法，采用条纹计数解调算法；条纹计数解调算法属于相位解调，传感器的光信号输出为多个参量的组合输出：
式①中，I为传感器的最终输出，L为法珀腔腔长，λ为波长，R为前端膜片镀膜反射率，为常数，B为宽谱光源的带宽；
法珀传感信号本质上是干涉条纹，因而利用干涉条纹计数的标准方法求取腔长L，就是最简单、最直接的解调方法；
若干涉条纹的第m级、第m+q级极大值对应的波长分别为λm，λm+q，即可得出长值L：
式②中，q＝1,2,3…，λ为波长。
进一步的，所述步骤五中，数据处理解调算法采用波峰、波谷混合的组合条纹计数方法；分别利用m、m+q级干涉峰值波峰、干涉波谷处的波长值λp，m，λv,m，λp,m+q，λv,m+q，代入式②中，则得到两个腔长值Lp、Lv；若光源是理想均匀宽带光源时，Lp＝Lv；但在具有高斯开光谱分布原条件下Lp≠Lv；Lp与Lv的锯齿形周期变动相关大约1/2周期，因此将两者平均、则两者的贬价可部分相互抵消，从而可大幅度降低测量误差、提高装调精度。
实施例
本实施例中，装调系统组成包括：宽带光源1，光谱采集器件2，数据处理计算模块3，耦合器4，光纤连接器5，固定支架6，微调支架7，夹紧装置8，待装调法珀传感器9，点胶固定点10。
待装调法珀传感器9包括：光纤91，内套管92，外套管93，膜片94。
光纤91规格多模62.5/125，单模9/125，依据选取的宽光光源1系统匹配。
宽光光源1选取普通白光卤钨灯光源，或者选取红外谱段ASE宽谱激光光源。
光谱采集器件2选取光谱仪或可调光谱滤波器件。
装调之前光纤91与内套管92粘接固定，并且光纤91端面预先研磨完成。
装调之前外套管93与膜片94粘接固定，外套管93的中心轴线与膜片94粘接端面垂直度允差＜0.03mm。
膜片94的内表面镀反射率50％的介质反射膜。
内套管92与外套管93配合间隙小于0.01mm，保证腔长调试过程中的装配平行度与垂直度。
微调支架7的最小调节精度为0.02um，腔长调节至合格范围后，在点胶固定点10处，点少量紫外固化胶并快速固化。
具体的装调实施方案如下：
首先，完成待装调法珀传感器9的装卡定位及连接；其次，启动宽带光源1，将宽带光源1的光信号，经耦合器4与光纤连接器5，送达膜片94的内表面；第三，光纤91研磨端面的反射光束I与膜片94的内表面的反射光束II，由于光程差而产生干涉，生成干涉光信号；第四，干涉光信号返回光纤连接器5，经耦合器4的另一个通道，到达光谱采集器件2；第五，光谱采集器件2采集到的干涉光谱数据，经数据处理计算模块3进行计算处理后生成干涉光谱数据，根据干涉光谱数据计算得出当前调试的腔长真实值，并实时快速刷新，并实时快速刷新；第六，通过微调支架7将腔长真实值调节至合格范围后，在点胶固定点10处，点少量紫外固化胶并快速固化；第七，待紫外固化胶固化后，关闭宽带光源1，松开夹紧装置8，取下装调完成的传感器。
实时数据处理及提升解调精度的方法如下所述：
其中，数据处理计算模块3的计算方法，采用条纹计数解调算法。条纹计数法属于相位解调，传感器的光信号输出为多个参量的组合输出：
式①中，传感器的最终输出I不仅与法珀腔腔长L有关，还与波长λ有关，成了L与λ的双参数函数。如果以波长λ为横坐标，则在不同的腔长L1、L2(L1<L2)条件下的输出光谱结果如图2所示。由式①与图2可看出，腔长的信息包含在传感器输出的整体光谱当中，不同的腔长L对应于不同的光谱分布，不同的光谱分布在相同的区段(如图2中的A、B区段)内相位是完全不同的，即相位与腔长具有严格对应关系，因此相位解调的核心，就是要从式①以及图2中解调出腔长L。由于光谱分布是多个单波长信息的组合，其信息量远大于单波长条件下的光强输出的信息量，因此相比于强度解调，利用相位解调能够提高解调精度。
由图2可见，法珀传感信号本质上是干涉条纹，因而利用干涉条纹计数的标准方法求取腔长L，就是最简单、最直接的解调方法。
由图3可见，若图中干涉条纹的第m级、第m+q级极大值对应的波长分别为λm，λm+q，即可得出长值L：
由于式②中没有光源光强I0项，因而光源波动对求解出的腔长值L无影响。这就解决了强度型光纤法珀应变传感器存在的问题，提高了光纤法珀传感系统的测量精度和稳定性。
条纹计数法物理概念明确，结果直观，便于实现，是最易于实现的方法。但由式②可知，腔长值L求解的准确性，完全由干涉峰值λm，λm+q的准确性决定。任何影响λm，λm+q的因素，如光谱接收、峰值计算等环节，都会对腔长值L求解的准确性造成不利影响。
首先，用于解调计算要采用电脑的数字计算，因此需要将模拟信号转换为数字信号。而模数转换中的量化极限，理想的连续光谱曲线实际为离散光谱曲线，从而使得名义峰波长λ’m，λ’m+q，将偏离真实峰值波长λm，λm+q。名义腔长L’与真实腔长L之间就存在由于光谱的离散量化极限造成的测量误差δL1：
由式③明显可见，这个量化极限造成的测量δL1会随着腔长L的增加而被迅速放大，导致测量精度急剧恶化。
另外，理想光源与实际宽带光源的差异，实际宽带光源一般为高斯分布，会造成峰值波长发生相应的偏移，从而导致名义峰值波长λ’m，λ’m+q与真实峰值波长λm，λm+q的之间产生附加偏差δL2。
其中：
若宽带光源的中心波长λp、光谱宽度B1分别为830nm、30nm，传感器初始状态常数C＝4.8223×10-9，将这些参数分别代入式④进行模拟仿真计算，可以得到解调误差δL2与传感器理论腔长L关系如图5所示。由实际宽带光源与理想光源差异引起的附加测量误差δL2，随着腔长L的增加呈现减小的趋势、并伴随着锯齿形周期突变的规律。
将实际宽带光源与理想光源差异引起的附加测量误差δL2与由光谱离散量化引起的误差δL1比较可知，在腔长较短时(100微米以下)、实际宽带光源引起的测量误差δL2是引起测量精度降低的主要原因；但在腔长较大时、光谱离散量化引起的误差δL1则是主要因素。
因此，为降低这两个误差、提高测量精度，数据处理解调算法采用波峰、波谷混合的组合条纹计数技术：
分别利用m、m+q级干涉峰值波峰、干涉波谷处的波长值λp，m，λv,m，λp,m+q，λv,m+q，代入式②中，则得到两个腔长值Lp、Lv。若光源是理想均匀宽带光源时，Lp＝Lv；但在具有高斯开光谱分布原条件下Lp≠Lv。Lp与Lv的锯齿形周期变动相关大约1/2周期，因此将两者平均、则两者的贬价可部分相互抵消，从而可大幅度降低测量误差、提高精度。
图6是在中心波长为λ＝830nm、光谱宽度B1＝30nm的宽带光源，光谱解调仪器的波长分辨率(即光谱离散量化极限)为0.01nm的条件下，利用微动工作台控制法珀腔腔长匀速伸长的同时，分别用波峰法条纹计数、波峰波谷混合条纹计数两种方法处理的实际测试结果对比。其中横坐标代表光纤法珀腔伸长的真实腔长值，横坐标则是法珀传感系统计算出的名义腔长值。两相比较，显然采用波峰波谷混合条纹计数处理后，大大降低了锯齿形周期突变，提高了系统精度。
综上所述，本发明提供了一种非本征法珀光纤传感探头腔长一致性装调系统及方法，通过搭建整体系统，借助光谱仪直接获取传感器干涉信号，并通过数据处理计算模块反向计算实时解析当前实际腔长值，本发明操作简单快捷，解析精度可精确到纳米；解决了现有技术中采用机械微调读取，由于机械工装自身的精度极限原因，限制了装调的整体精度，以及现有技术中通过光功率计获取传感器返回光信号强度，判断耦合状态，精度不高的问题，因此本发明拥有广泛的应用前景。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种非本征法珀光纤传感探头腔长一致性装调方法，其特征在于，所述装调方法基于非本征法珀光纤传感探头腔长一致性装调系统，所述非本征法珀光纤传感探头腔长一致性装调系统包括：宽带光源(1)，光谱采集器件(2)，数据处理计算模块(3)，耦合器(4)，光纤连接器(5)，固定支架(6)，微调支架(7)，夹紧装置(8)，待装调法珀传感器(9)，点胶固定点(10)；
所述宽带光源(1)与所述光谱采集器件(2)光路并联后经所述耦合器(4)接入所述光纤连接器(5)，所述光纤连接器(5)的另一端连接至所述待装调法珀传感器(9)；
所述待装调法珀传感器(9)包括光纤(91)、内套管(92)、外套管(93)、膜片(94)，所述光纤(91)粘接固定于所述内套管(92)的内腔，所述外套管(93)一端开放另一端封闭，所述膜片(94)粘接固定于外套管(93)的封闭端的端面，所述外套管(93)的开放端套设在内套管(92)的外壁，所述内套管(92)的外壁与所述外套管(93)的外壁上分别设有所述夹紧装置(8)，所述固定支架(6)固定支撑内套管(92)外壁的夹紧装置(8)上，所述微调支架(7)固定支撑外套管(93)外壁的夹紧装置(8)上，所述微调支架(7)用于实现外套管(93)沿待装调法珀传感器(9)轴向位置的微调；
所述点胶固定点(10)位于外套管(93)的开放端套设在内套管(92)的外壁的套接处；
所述装调方法包括以下步骤：
步骤一：将待装调法珀传感器(9)的内套管(92)的外壁通过夹紧装置(8)卡紧到固定支架(6)上，将待装调法珀传感器(9)的外套管(93)的外壁通过夹紧装置(8)卡紧到微调支架(7)上；
步骤二：启动宽带光源(1)，将宽带光源(1)发出的光信号，先后经耦合器(4)与光纤连接器(5)，送达膜片(94)的内表面；
步骤三：光纤(91)研磨端面的反射光束I与膜片(94)的内表面的反射光束II，由于光程差而产生干涉，生成干涉光信号；
步骤四：所述干涉光信号沿光纤(91)反向返回光纤连接器(5)，经耦合器(4)的另一个通道，到达光谱采集器件(2)；
步骤五：光谱采集器件(2)采集到的干涉光信号，经数据处理计算模块(3)进行计算处理后生成干涉光谱数据，根据干涉光谱数据计算得出当前调试的腔长真实值，并实时快速刷新；
步骤六：通过微调支架(7)将腔长真实值调节至合格范围后，在点胶固定点(10)处，点少量紫外固化胶并快速固化；
步骤七：待紫外固化胶固化后，关闭宽带光源(1)，松开夹紧装置(8)，取下装调完成的传感器；
所述步骤五中，数据处理计算模块(3)的计算方法，采用条纹计数解调算法；条纹计数解调算法属于相位解调，传感器的光信号输出为多个参量的组合输出：
式①中，I为传感器的最终输出，L为法珀腔腔长，λ为波长,R为前端膜片镀膜反射率，为常数，B为宽谱光源的带宽；
法珀传感信号本质上是干涉条纹，因而利用干涉条纹计数的标准方法求取腔长L，就是最简单、最直接的解调方法；
若干涉条纹的第m级、第m+q级极大值对应的波长分别为λm，λm+q，即可得出长值L：
式②中，q＝1,2,3…，λ为波长。
2.根据权利要求1所述的一种非本征法珀光纤传感探头腔长一致性装调方法，其特征在于，所述光纤(91)的端面预先进行研磨。
3.根据权利要求1所述的一种非本征法珀光纤传感探头腔长一致性装调方法，其特征在于，所述外套管(93)的中心轴线与所述膜片(94)粘接端面垂直度允差＜0.03mm。
4.根据权利要求1所述的一种非本征法珀光纤传感探头腔长一致性装调方法，其特征在于，所述膜片(94)的内表面镀反射率50％的介质反射膜。
5.根据权利要求1所述的一种非本征法珀光纤传感探头腔长一致性装调方法，其特征在于，所述内套管(92)与外套管(93)配合间隙小于0.01mm。
6.根据权利要求1所述的一种非本征法珀光纤传感探头腔长一致性装调方法，其特征在于，所述微调支架(7)的最小调节精度为0.02um。
7.根据权利要求1所述的一种非本征法珀光纤传感探头腔长一致性装调方法，其特征在于，所述步骤五中，数据处理解调算法采用波峰、波谷混合的组合条纹计数方法；分别利用m、m+q级干涉峰值波峰、干涉波谷处的波长值λp，m，λv,m，λp,m+q，λv,m+q，代入式②中，则得到两个腔长值Lp、Lv；若光源是理想均匀宽带光源时，Lp＝Lv；但在具有高斯开光谱分布原条件下Lp≠Lv；Lp与Lv的锯齿形周期变动相关大约1/2周期，因此将两者平均、则两者的贬价可部分相互抵消。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210466280.XA CN114777833B (zh) | 2022-04-29 | 2022-04-29 | 一种非本征法珀光纤传感探头腔长一致性装调系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210466280.XA CN114777833B (zh) | 2022-04-29 | 2022-04-29 | 一种非本征法珀光纤传感探头腔长一致性装调系统及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114777833A CN114777833A (zh) | 2022-07-22 |
| CN114777833B true CN114777833B (zh) | 2023-11-28 |
Family
ID=82434786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210466280.XA Active CN114777833B (zh) | 2022-04-29 | 2022-04-29 | 一种非本征法珀光纤传感探头腔长一致性装调系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114777833B (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102539012A (zh) * | 2011-12-26 | 2012-07-04 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 微小区域温度测量的光纤法布里-珀罗温度传感器及其测量方法 |
| CN103557960A (zh) * | 2013-11-06 | 2014-02-05 | 重庆科技学院 | 光纤法珀温度传感系统及方法 |
| CN105606193A (zh) * | 2015-12-18 | 2016-05-25 | 天津大学 | 基于双可调谐光源的光纤法珀声振动传感装置及解调方法 |
| CN106197492A (zh) * | 2016-06-29 | 2016-12-07 | 南京航空航天大学 | 基于光纤复合法珀腔结构的法珀腔长与折射率计算方法 |
| CN108507597A (zh) * | 2018-04-09 | 2018-09-07 | 西安工业大学 | 光纤法珀传感器解调装置及方法 |
| CN108534811A (zh) * | 2018-04-13 | 2018-09-14 | 西安工业大学 | 一种短腔光纤法珀传感器的腔长解调算法 |
| CN110793557A (zh) * | 2019-11-12 | 2020-02-14 | 西安工业大学 | 用于短腔光纤法布里-珀罗传感器的腔长解调方法 |
-
2022
- 2022-04-29 CN CN202210466280.XA patent/CN114777833B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102539012A (zh) * | 2011-12-26 | 2012-07-04 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 微小区域温度测量的光纤法布里-珀罗温度传感器及其测量方法 |
| CN103557960A (zh) * | 2013-11-06 | 2014-02-05 | 重庆科技学院 | 光纤法珀温度传感系统及方法 |
| CN105606193A (zh) * | 2015-12-18 | 2016-05-25 | 天津大学 | 基于双可调谐光源的光纤法珀声振动传感装置及解调方法 |
| CN106197492A (zh) * | 2016-06-29 | 2016-12-07 | 南京航空航天大学 | 基于光纤复合法珀腔结构的法珀腔长与折射率计算方法 |
| CN108507597A (zh) * | 2018-04-09 | 2018-09-07 | 西安工业大学 | 光纤法珀传感器解调装置及方法 |
| CN108534811A (zh) * | 2018-04-13 | 2018-09-14 | 西安工业大学 | 一种短腔光纤法珀传感器的腔长解调算法 |
| CN110793557A (zh) * | 2019-11-12 | 2020-02-14 | 西安工业大学 | 用于短腔光纤法布里-珀罗传感器的腔长解调方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114777833A (zh) | 2022-07-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2002116089A (ja) | 高精度波長計 | |
| JP5538406B2 (ja) | 共振器長の測定法 | |
| CN105737733A (zh) | 一种大范围绝对距离测量中空气折射率的修正方法 | |
| CN114777833B (zh) | 一种非本征法珀光纤传感探头腔长一致性装调系统及方法 | |
| CN104807781A (zh) | 一种基于色散干涉法的空气折射率测量装置及测量方法 | |
| CN102073104B (zh) | 基于空芯光子带隙光纤和微光纤的可调谐f-p滤波器 | |
| CN109212550B (zh) | 集成fp标准具的调频连续波激光测距方法 | |
| CN113008833B (zh) | 一种高精度光学薄膜透射率/反射率测量方法及装置 | |
| CN113188468B (zh) | 基于双芯少模光纤倾斜光栅的矢量弯曲传感系统及方法 | |
| CN117006956A (zh) | 一种液体表面的油膜厚度测量方法及系统 | |
| CN116642412A (zh) | 一种薄膜厚度光学测量方法和装置 | |
| CN109696416A (zh) | 一种基于腔衰荡技术的气体吸收系数的测量方法 | |
| CN1219198C (zh) | 光纤连接器端面参数测试装置 | |
| CN113324665B (zh) | 波长计、获取波长计的参数的方法以及在线校准的方法 | |
| CN112556595B (zh) | 一种光纤fpi传感器、测量装置及测量方法 | |
| WO2021185301A1 (zh) | 波长测量装置和波长测量的方法 | |
| CN101592525B (zh) | 单一波长光源测量不同波长相位延迟器件的方法 | |
| CN113932838A (zh) | 一种高精度光纤光栅解调仪及其解调方法 | |
| CN210665500U (zh) | 基于马赫曾德干涉的光纤湿度传感器 | |
| CN110793444B (zh) | 一种双级全光纤频域干涉测距方法及装置 | |
| Kiyono et al. | Self-calibration of precision angle sensor and polygon mirror | |
| EP1028311A1 (en) | Apparatus for measuring wavelength changes and wavelength tunable light source | |
| CN1201901A (zh) | 绝对距离测量的波长扫描干涉系统及其信号处理方法 | |
| CN115683361A (zh) | 基于单f-p标准具监测激光器出光波长的装置及方法 | |
| CN118190181A (zh) | 基于玻璃胶粘的一体式波长测量装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |