觸力小、不損傷被測構(gòu)件表面、探針使用壽命長的特點。
[0018]2.利用光纖環(huán)形激光器產(chǎn)生單縱模、窄線寬的激光作為測量光，傳感、供能為一體，系統(tǒng)緊湊，同時提升了測量靈敏度。
[0019]3.光學(xué)探測信號僅在光纖光柵內(nèi)部傳輸，將空間中的接觸轉(zhuǎn)化為反射光譜中心波長的變化，測量微尺度構(gòu)件時不受構(gòu)件遮蔽效應(yīng)的影響，測量深徑比可達100: 1，滿足了大深徑比微結(jié)構(gòu)微尺度測量要求。
[0020]4.基于光纖環(huán)形激光器的雙芯光纖光柵探針微尺度測量方法可以同時實現(xiàn)徑向和軸向的無耦合測量，使微尺度測量的步驟得到簡化，提高了微尺度測量的效率。
[0021]5.在探針內(nèi)部設(shè)計了互為參考的差分補償系統(tǒng)，結(jié)合基于光纖環(huán)形激光器的雙芯光纖光柵探針微尺度測量裝置方法，消除了環(huán)境溫度變化對測量的影響，大大提高了傳感器對環(huán)境的適應(yīng)能力，可以深入到傳統(tǒng)測量工具無法正常工作的空間和環(huán)境來進行精密測量，如狹小的半封閉空間及易燃易爆環(huán)境等，也適用于工業(yè)現(xiàn)場測量。
【附圖說明】
[0022]圖1是基于光纖環(huán)形激光器的雙芯光纖光柵探針微尺度測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是圖1中A-A的剖面圖；
[0024]圖3是圖1中雙芯光纖光柵探針的剖面放大圖；
[0025]圖中:1.泵浦源，2.波分復(fù)用器，3.摻鉺光纖，4.環(huán)形器，5.飽和吸收體，6.多路光開關(guān)，7.外部參考光柵，8.單模光纖，9.雙芯光纖扇出器，10.雙芯光纖，11.探針夾持器，12.雙芯光纖光柵探針，13.計算機，14.光譜分析儀，15a.隔離器A，15b.隔離器B，16.耦合器。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明【具體實施方式】作進一步詳細描述。
[0027]一種基于光纖環(huán)形激光器的雙芯光纖光柵探針微尺度測量裝置，包括由波分復(fù)用器2、摻鉺光纖3、環(huán)形器4、耦合器16和隔離器B15b依次連接構(gòu)成的環(huán)形腔，泵浦源I通過波分復(fù)用器2與環(huán)形腔連通；所述耦合器16通過隔離器A15a依次與光譜分析儀14和計算機13連通；多路光開關(guān)6通過飽和吸收體5與環(huán)形器4連通，多路光開關(guān)4通過兩根單模光纖8、雙芯光纖扇出器9與雙芯光纖10連通，在雙芯光纖10端部上通過探針夾持器11固裝雙芯光纖光柵探針12 ;計算機13與多路光開關(guān)6連通；多路光開關(guān)6與外部參考光柵7連接；所述雙芯光纖光柵探針12與外部參考光柵7通過多路光開關(guān)6切換可分別作為光纖環(huán)形激光器的波長選擇器件。
[0028]一種基于光纖環(huán)形激光器的雙芯光纖光柵探針微尺度測量方法，所述方法是:利用泵浦源I提供泵浦光，經(jīng)波分復(fù)用器2進入作為增益介質(zhì)的摻鉺光纖3產(chǎn)生受激輻射光，受激福射光經(jīng)過親合器16分光，一部分反饋回由波分復(fù)用器2、摻鉺光纖3、環(huán)形器4、|禹合器16和隔離器B15b依次連接構(gòu)成的環(huán)形腔內(nèi)，另一部分作為激光輸出；反饋回環(huán)形腔內(nèi)的光從環(huán)形器4的A端口進入，通過B端口輸出經(jīng)過飽和吸收體5消除多縱模振蕩和抑制跳模，實現(xiàn)光纖環(huán)形激光器的單縱模窄線寬輸出，再經(jīng)過作為波長選擇器件的雙芯光纖光柵探針12或外部參考光柵7對激光進行選頻后，反射進入B端口，從C端口輸出后繼續(xù)在環(huán)形腔中傳輸，隨著泵浦功率不斷增加，自發(fā)輻射將漸漸被抑制，形成窄線寬的單縱模激光輸出；當(dāng)雙芯光纖光柵探針12與待測構(gòu)件發(fā)生觸測時，雙芯光纖光柵探針12內(nèi)光纖光柵的反射光譜中心波長將會發(fā)生偏移，從而改變輸出激光波長，通過切換多路光開關(guān)6，利用光譜分析儀14檢測雙芯光纖光柵探針12中兩根光纖光柵和外部參考光柵分別作為波長選擇器件時的輸出激光中心波長；數(shù)據(jù)處理中，當(dāng)雙芯光纖光柵探針12中的兩根光纖光柵分別作為光纖環(huán)形激光器波長選擇器件時，光纖環(huán)形激光器輸出激光波長做差分數(shù)據(jù)處理，解耦一維徑向觸測位移和溫漂；當(dāng)雙芯光纖光柵探針12中的兩根光纖光柵分別作為光纖環(huán)形激光器波長選擇器件時光纖環(huán)形激光器輸出激光波長平均值和外部參考光柵7作為光纖環(huán)形激光器波長選擇器件時光纖環(huán)形激光器輸出激光波長做差分數(shù)據(jù)處理，獲得無徑向觸測位移和溫漂耦合的軸向觸測位移，實現(xiàn)無溫度耦合的二維微尺度測量。
[0029]基于光纖環(huán)形激光器的雙芯光纖光柵探針微尺度測量裝置及方法的創(chuàng)新點和技術(shù)效果是:雙芯光纖光柵探針直接作為光纖環(huán)形激光器的波長選擇器件，觸測位移信息可以直接作用于光纖環(huán)形激光器，使其輸出激光的波長發(fā)生改變，并且采用飽和吸收體壓窄輸出激光線寬并使光纖環(huán)形激光器在單縱模模式下工作，與傳統(tǒng)的光纖光柵傳感器檢測裝置相比，本發(fā)明的靈敏度有大幅提高；本發(fā)明中，作為傳感器的雙芯光纖光柵探針中兩根光纖光柵和外部參考光柵同時又是光纖環(huán)形激光器中的波長選擇器件，將傳感器和傳感器能量供給裝置有機的結(jié)合，而且，多路光開關(guān)在計算機控制下，分別切換構(gòu)成光纖環(huán)形激光器的波長選擇器件，在不增加額外光器件的前提下完成無溫度耦合的二維觸測位移測量，使本發(fā)明較傳統(tǒng)的光纖光柵傳感器檢測裝置體積減小一倍以上、成本降低兩倍以上；本發(fā)明的技術(shù)效果突出。
【主權(quán)項】
1.一種基于光纖環(huán)形激光器的雙芯光纖光柵探針微尺度測量裝置，其特征在于:由波分復(fù)用器(2)、摻鉺光纖(3)、環(huán)形器(4)、耦合器(16)和隔離器B(15b)依次連接構(gòu)成環(huán)形腔，泵浦源(I)通過波分復(fù)用器(2)與環(huán)形腔連通；所述耦合器(16)通過隔離器A(15a)依次與光譜分析儀(14)和計算機(13)連通；多路光開關(guān)(6)通過飽和吸收體(5)與環(huán)形器(4)連通，多路光開關(guān)(6)通過兩根單模光纖(8)、雙芯光纖扇出器(9)與雙芯光纖(10)連通，在雙芯光纖(10)端部上通過探針夾持器(11)固裝雙芯光纖光柵探針(12);計算機(13)與多路光開關(guān)(6)連通；多路光開關(guān)(6)與外部參考光柵(7)連接；所述雙芯光纖光柵探針(12)與外部參考光柵(7)通過多路光開關(guān)(6)切換可分別作為光纖環(huán)形激光器的波長選擇器件。
2.一種基于光纖環(huán)形激光器的雙芯光纖光柵探針微尺度測量方法，其特征在于:所述方法如下:利用泵浦源提供泵浦光，經(jīng)波分復(fù)用器進入作為增益介質(zhì)的摻鉺光纖產(chǎn)生受激福射光，受激福射光經(jīng)過親合器分光，一部分反饋回由波分復(fù)用器、摻鉺光纖、環(huán)形器、親合器和隔離器B依次連接構(gòu)成的環(huán)形腔內(nèi)，另一部分作為激光輸出；反饋回環(huán)形腔內(nèi)的光從環(huán)形器的A端口進入，通過B端口輸出，經(jīng)過飽和吸收體消除多縱模振蕩和抑制跳模，實現(xiàn)光纖環(huán)形激光器的單縱模窄線寬輸出，再經(jīng)過作為波長選擇器件的雙芯光纖光柵探針或外部參考光柵對激光進行選頻后，反射進入B端口，從C端口輸出后繼續(xù)在環(huán)形腔中傳輸，隨著泵浦功率不斷增加，自發(fā)輻射將漸漸被抑制，形成窄線寬的單縱模激光輸出；當(dāng)雙芯光纖光柵探針與待測構(gòu)件發(fā)生觸測時，雙芯光纖光柵探針內(nèi)光纖光柵的反射光譜中心波長將會發(fā)生偏移，從而改變輸出激光波長，通過切換多路光開關(guān)，利用光譜分析儀檢測雙芯光纖光柵探針中兩根光纖光柵和外部參考光柵分別作為波長選擇器件時的輸出激光中心波長；數(shù)據(jù)處理中，當(dāng)雙芯光纖光柵探針中的兩根光纖光柵分別作為光纖環(huán)形激光器波長選擇器件時，光纖環(huán)形激光器輸出激光波長做差分數(shù)據(jù)處理，解耦一維徑向觸測位移和溫漂；當(dāng)雙芯光纖光柵探針中的兩根光纖光柵分別作為光纖環(huán)形激光器波長選擇器件時光纖環(huán)形激光器輸出激光波長平均值和外部參考光柵作為光纖環(huán)形激光器波長選擇器件時光纖環(huán)形激光器輸出激光波長做差分數(shù)據(jù)處理，獲得無徑向觸測位移和溫漂耦合的軸向觸測位移，實現(xiàn)無溫度耦合的二維微尺度測量。
【專利摘要】基于光纖環(huán)形激光器的雙芯光纖光柵探針微尺度測量裝置及方法屬于精密儀器制造及測量技術(shù)領(lǐng)域；所述裝置包括泵浦源、波分復(fù)用器、摻鉺光纖、飽和吸收體、多路光開關(guān)、外部參考光柵、雙芯光纖光柵探針、計算機、光譜分析儀，泵浦源通過波分復(fù)用器與摻鉺光纖、環(huán)形器、耦合器及隔離器B構(gòu)成的環(huán)形腔連接，耦合器通過隔離器A與光譜分析儀、計算機連接形成通路；所述方法是計算機控制多路光開關(guān)切換光路，使用光譜分析儀分別測量雙芯光纖光柵探針和外部參考光柵作為激光波長選擇器件時光纖環(huán)形激光器輸出的激光波長，利用差分數(shù)據(jù)處理算法實現(xiàn)無溫度耦合的二維微尺度測量；本發(fā)明具有傳感供能為一體、系統(tǒng)緊湊、靈敏度高的特點。
【IPC分類】G01B11-00, G01B11-02
【公開號】CN104677288
【申請?zhí)枴緾N201510109830
【發(fā)明人】崔繼文, 胡洋, 馮昆鵬, 譚久彬
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年3月5日