傳感裝置及監測應力和溫度的方法制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及一種傳感裝置及監測應力和溫度的方法，該裝置包括：傳感基板、光學雙折射介質、光源、線性光學起偏器、干涉儀、處理器，該裝置和方法根據偏振串擾峰之間的間距變化以獲得所述光學雙折射介質的溫度變化，根據偏振串擾峰的峰值獲得所述光學雙折射介質的應力和/或應變。這樣可以利用同一個光學雙折射介質來對待測物體進行應力、應變和溫度的監測，并且應力、應變和溫度變化之間不會相互影響。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術設及監測領域，特別設及一種傳感裝置及監測應力、應變和溫度的方法。
技術介紹
溫度、應力和應變是光纖傳感技術應用中非常重要的物理量，在大型橋梁、隧道、 大巧等安全監測領域，有必要對溫度、應力和應變等參量進行監測。應力是指被監測物體受 到的外部力或者內部產生的力，應變是指由于被監測物體受到應力產生的形變，例如膨脹、 彎曲或者位移，等等。目前已有的光纖傳感技術，是對溫度、應力和應變采用分立的測量系 統分別測量，例如光纖光柵測量系統，是通過逐點對被測物體進行測量，每個點或是測量溫 度，或是測量應力或應變，系統成本高且不能實現整體分布式測量。已有的偏振串擾原理分 布式光纖傳感測量技術，只是對應力（如外界壓力）進行了解析，而沒有對于應變和溫度的 解析方法，尤其是如何將被測物體的應變轉化成對于偏振串擾檢測介質的受力，從而產生 反應應變的串擾測量數值沒有具體方案和措施。
技術實現思路
基于此，本方案提供一種能夠通過偏振串擾測量的方式監測應變、應力和溫度的 方法及裝置。 一種監測應力和溫度的方法，其包括W下步驟：禪合寬頻帶的線偏振光進入光學 雙折射介質，所述線偏振光沿所述光學雙折射介質的兩個正交偏振模傳輸，所述光學雙折 射介質輸出光學輸出信號；引導所述光學輸出信號通過線性光學起偏器，所述起偏器將所 述光學輸出信號的兩正交偏振模相互混合；引導所述光學起偏器產生的線偏振光進入干設 儀，從而獲得兩個正交偏振模之間的干設，W產生偏振串擾峰；根據偏振串擾峰之間的間距 變化W獲得所述光學雙折射介質的溫度變化，根據偏振串擾峰的峰值獲得所述光學雙折射 介質的應力和/或應變。 在其中一個實施例中，所述光學雙折射介質設有預設的偏振串擾。 在其中一個實施例中，所述光學雙折射介質包括保偏光纖。 在其中一個實施例中，還包括步驟：所述光學雙折射介質輸出的光學輸出信號進 入光學延遲器，使兩個正交偏振模之間產生延遲。 在其中一個實施例中，所述光學雙折射介質貼附在待測物體上，用W監測所述待 測物體的應力、應變和溫度。 在其中一個實施例中，所述光學雙折射介質設置在傳感基板上，所述傳感基板貼 附在待測物體上，用W監測所述待測物體的應力、應變和溫度。 在其中一個實施例中，所述光學雙折射介質在所述傳感基板上一維空間或二維空 間分布，用W監測所述待測物體的應力、應變和溫度的空間分布。 在其中一個實施例中，通過所述傳感基板給所述光學雙折射介質施加預設的偏振 串擾。 一種傳感裝置，用W監測物體的溫度變化、應變和/或應力，其包括：光學雙折射 介質，用來感知待測物體的溫度變化、應力和/或應變；光源，用W產生寬頻帶的線偏振光， 所述線偏振光沿所述光學雙折射介質的兩個正交偏振模傳輸，所述光學雙折射介質輸出光 學輸出信號；線性光學起偏器，用W接收所述光學輸出信號，并將所述光學輸出信號的兩正 交偏振模相互混合；干設儀，用W接收透過所述線性光學起偏器的光，并獲得兩個正交偏振 模之間的干設，W產生偏振串擾峰；處理器，根據偏振串擾峰之間的間距變化W獲得所述光 學雙折射介質的溫度變化，根據偏振串擾峰的峰值獲得所述光學雙折射介質的應力和/或 應變。 在其中一個實施例中，所述光學雙折射介質包括保偏光纖。 在其中一個實施例中，其還包括：光學延遲器，用W接收所述光學雙折射介質輸出 的光學輸出信號，使兩個正交偏振模之間產生延遲，并傳輸給所述線性光學起偏器。 在其中一個實施例中，所述傳感裝置還包括傳感基板，用W與待測物體連接，所述 光學雙折射介質W線陣列方式或面陣列方式設置在所述傳感基板上。 在其中一個實施例中，所述傳感基板上設置有凸起或溝槽，并且所述凸起或溝槽 與所述光學雙折射介質接觸，使得所述光學雙折射介質具有預設的偏振串擾。 在其中一個實施例中，所述傳感基板上開設有多個通孔，所述光學雙折射介質穿 過所述通孔，所述光學雙折射介質分布在所述傳感基板的兩側，使得所述光學雙折射介質 具有預設的偏振串擾。 在其中一個實施例中，所述傳感基板上開設有多個通孔對，所述光學雙折射介質 穿過所述通孔對，所述光學雙折射介質分布在所述傳感基板的一側，使得所述光學雙折射 介質具有預設的偏振串擾。 在其中一個實施例中，所述傳感基板上開設有Z字型通道，所述光學雙折射介質 設置在所述Z字型通道內，使得所述光學雙折射介質具有預設的偏振串擾。 在其中一個實施例中，所述光學雙折射介質的偏振軸方向與傳感基板的法線方向 成 45。。 上述方法和裝置利用光學雙折射介質中產生的偏振串擾峰的峰值和間距可W同 時獲得應力、應變和溫度，可W利用同一個光學雙折射介質來對待測物體進行應力、應變和 溫度變化的監測。【附圖說明】 圖1為傳感裝置的結構示意圖； 圖2A為偏振串擾分析儀的結構示意圖，圖2B為光學線性光偏振器相對于保偏光 纖光軸的方位，圖2C示出的情況是，應力是存在于沿保偏光纖的多個位置W產生所述保偏 光纖的兩個正交偏振模式之間的串擾； 圖3顯示了在被測試光纖和光學干設儀之間加裝光學延遲裝置，來測量光學雙折 射介質（例如保偏光纖）的偏振串擾的示例性裝置，并進一步說明該裝置的操作；圖4例舉了測量基于雙折射色散補償功能應用的光學雙折射介質偏振串擾分析 儀的結構示意圖； 圖5示出了保偏光纖環的偏振串擾曲線的一個例子。兩端顯示的是光纖環的輸出 和輸入接口的串擾包絡線幅度和寬度，w及顯示了在光纖環的中間區域之前（實線）和之 后（虛線）的雙折射率色散補償； 圖6A示范測量包絡線的寬度，該寬度是圖4系統中保偏光纖樣品多個不同位置串 擾峰通過應力誘導的，圖6B給出了示例性的六種不同的保偏光纖長度的輸入連接器的測 量值D串擾。 圖7A和7B例舉了在1維保偏光纖傳感器上應力施加于每0. 5米長度的保偏光纖 上時的串擾曲線； 圖8A例舉了溫度函數的雙折射測量曲線，圖8B為保偏光纖中偏振串擾曲線顯示 相關延遲函數，圖8C進一步說明第48和49位置的擴展視圖；圖9A為一個實施例中的一位的傳感基板的示意圖，圖9B為圖9A實施例的相應的 偏振串擾峰的函數圖，圖9C為另一個實施例中的一維的傳感基板的示意圖，圖9D為圖9C 實施例的相應的偏振串擾峰的函數圖； 圖10A為一個實施例中的二維的傳感基板的示意圖，圖10B為相應的偏振串擾峰 的函數圖，圖10C為相應的應力、溫度變化的位置示意圖； 圖11A為另一實施例中的一維的傳感基板的俯視結構示意圖，圖11B為側視結構 示意圖； 圖12A為另一實施例中的一維的傳感基板的俯視結構示意圖，圖12B為側視結構 示意圖； 圖13為圖11和圖12中結構的相應的偏振串擾峰的函數圖；[00對圖14A為另一實施例中的二維的傳感基板的結構示意圖，圖14B為相應偏振串擾 峰的函數圖，圖14C為相應的應力、溫度變化的位置示意圖； 圖15為具有一維分布的Z字型保偏光纖的一傳感基板的結構示意圖； 圖16為具有二維分布的Z字型保偏光纖的傳感基板的一實施例的結構示意圖；圖17為具有二維分別的Z字型保偏光纖的傳感基板的另一實施例的結構示意 圖； 圖18為測量應力、應變和溫度的方法的流程框圖。【具體實施方式】 在此披露了一種傳感裝置，該裝置可W用W同時（或分別）測量待測物體的應力 (或應變）和溫度。現在請參考圖1，傳感裝置10包本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種監測應力和溫度的方法，其特征在于，包括以下步驟：耦合寬頻帶的線偏振光進入光學雙折射介質，所述線偏振光沿所述光學雙折射介質的兩個正交偏振模傳輸，所述光學雙折射介質輸出光學輸出信號；引導所述光學輸出信號通過線性光學起偏器，所述起偏器將所述光學輸出信號的兩正交偏振模相互混合；引導所述光學起偏器產生的線偏振光進入干涉儀，從而獲得兩個正交偏振模之間的干涉，以產生偏振串擾峰；根據偏振串擾峰之間的間距變化以獲得所述光學雙折射介質的溫度變化，根據偏振串擾峰的峰值獲得所述光學雙折射介質的應力和/或應變。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：姚曉天，
申請(專利權)人：蘇州光環科技有限公司，北京高光科技有限公司，通用光訊光電技術北京有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32