實時非線性光學(xué)應(yīng)變儀系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總體涉及光纖應(yīng)變(strain)測量系統(tǒng)，更具體地講，涉及一種具有非線性源信號的光纖應(yīng)變測量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在傳統(tǒng)基于光纖的應(yīng)變測量系統(tǒng)中，源信號被引導(dǎo)至光纖中，因為光纖中施加的應(yīng)變或者因為由于在光纖上施加的機(jī)械變化所引起的偏振重配置，所以發(fā)生回波信號。在這些傳統(tǒng)系統(tǒng)中回波信號的信噪比不太理想，這是因為回波信號的大小遠(yuǎn)小于線性源信號的大小。在這些系統(tǒng)中可將布拉格光柵寫入光纖中以生成更大的回波信號，但是回波信號的信噪比仍低于所期望的。另外，在傳統(tǒng)基于光纖的應(yīng)變測量系統(tǒng)中源信號的波長通常在預(yù)定范圍上變化，監(jiān)測回波信號以檢測峰值，應(yīng)變測量信號對應(yīng)于檢測到峰值時的源信號的波長。這種類型的系統(tǒng)針對各個測量施加了與使源信號在工作波長范圍上掃過源信號所需的時間對應(yīng)的延遲。
[0003]因此，需要一種基于光纖的應(yīng)變測量系統(tǒng)，其回波信號具有更高的信噪比。另外，需要一種實時地提供測量信號的基于光纖的應(yīng)變測量系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個方面，提供一種測量兩個固定點之間的應(yīng)變的系統(tǒng)。光纖具有第一端、第二端以及固定在兩個固定點之間的中心部分。第一光源輸出具有第一頻率的光信號并且耦合至光纖的第一端。第二光源輸出具有不同于第一頻率的第二頻率的光信號并且也耦合至光纖的第一端。后向散射檢測器耦合至光纖的第一端以用于從光纖接收回波光信號并且基于所述回波光信號輸出信號。前向散射檢測器耦合至光纖的第二端以用于從光纖接收前向光信號并且基于所述前向光信號輸出信號。處理器耦合以接收來自后向散射檢測器和前向散射檢測器的信號。所述處理器被配置為基于來自后向散射檢測器和前向散射檢測器的信號生成與結(jié)構(gòu)上的兩個點之間的應(yīng)變成比例的輸出信號。
[0005]在另一實施方式中，第一光源、第二光源和后向散射檢測器可經(jīng)由3:1親合器(103)耦合至光纖。另外，后向散射檢測器可包括頻率控制元件，該頻率控制元件被配置為具有與基于第一頻率和第二頻率所計算的響應(yīng)頻率對應(yīng)的頻率，所計算的響應(yīng)頻率不同于第一頻率和第二頻率。另外，前向散射檢測器可包括頻率控制元件，該頻率控制元件被配置為具有與基于第一頻率和第二頻率所計算的響應(yīng)頻率對應(yīng)的頻率，所計算的響應(yīng)頻率不同于第一頻率和第二頻率。另外，光纖的中心部分可包括布拉格光柵，該布拉格光柵被配置為按照與基于第一頻率和第二頻率所計算的響應(yīng)頻率對應(yīng)的頻率反射光，所計算的響應(yīng)頻率不同于第一頻率和第二頻率。另外，第一光源可包括被配置為具有第一預(yù)定強(qiáng)度的強(qiáng)度控制元件、被配置為具有第一預(yù)定偏振的偏振控制元件以及被配置為具有與第一頻率對應(yīng)的頻率的頻率控制元件。另外，第二光源可包括被配置為具有第二預(yù)定強(qiáng)度的強(qiáng)度控制元件、被配置為具有第二預(yù)定偏振的偏振控制元件以及被配置為具有與第二頻率對應(yīng)的頻率的頻率控制元件。另外，第一預(yù)定強(qiáng)度可與第二預(yù)定強(qiáng)度相同。另外，第一預(yù)定偏振可與第二預(yù)定偏振相同。
[0006]在另一方面，提供一種測量兩個固定點之間的應(yīng)變的系統(tǒng)。光纖具有第一端、第二端以及固定在兩個固定點之間的中心部分。第一光源輸出具有第一頻率的光信號并且耦合至光纖的第一端。第二光源輸出具有不同于第一頻率的第二頻率的光信號并且也耦合至光纖的第一端。后向散射檢測器耦合至光纖的第一端以用于從光纖接收回波光信號并且基于回波光信號輸出信號。處理器耦合以從后向散射檢測器接收信號。所述處理器被配置為基于來自后向散射檢測器的信號生成與結(jié)構(gòu)上的兩個點之間的應(yīng)變成比例的輸出信號。
[0007]在另一方面，提供一種測量兩個固定點之間的應(yīng)變的系統(tǒng)。光纖具有第一端、第二端以及固定在兩個固定點之間的中心部分。第一光源輸出具有第一頻率的光信號并且耦合至光纖的第一端。第二光源輸出具有不同于第一頻率的第二頻率的光信號并且也耦合至光纖的第一端。前向散射檢測器耦合至光纖的第二端以用于從光纖接收前向光信號并且基于前向光信號輸出信號。處理器耦合以從前向散射檢測器接收信號。所述處理器被配置為基于來自前向散射檢測器的信號生成與結(jié)構(gòu)上的兩個點之間的應(yīng)變成比例的輸出信號。
[0008]另外，本公開包括根據(jù)以下條款的實施方式:
[0009]條款1、一種測量兩個固定點之間的應(yīng)變的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:
[0010]光纖，該光纖具有第一端、第二端以及固定在所述兩個固定點之間的中心部分；
[0011]第一光源，該第一光源輸出具有第一頻率的光信號并且耦合至所述光纖的所述第一端;
[0012]第二光源，該第二光源輸出具有不同于所述第一頻率的第二頻率的光信號并且耦合至所述光纖的所述第一端；
[0013]后向散射檢測器，該后向散射檢測器耦合至所述光纖的所述第一端以用于從所述光纖接收回波光信號并且基于所述回波光信號輸出信號；
[0014]前向散射檢測器，該前向散射檢測器耦合至所述光纖的所述第二端以用于從所述光纖接收前向光信號并且基于所述前向光信號輸出信號；以及
[0015]處理器，該處理器耦合以接收來自所述后向散射檢測器和所述前向散射檢測器的所述信號，所述處理器被配置為基于來自所述后向散射檢測器和所述前向散射檢測器的所述信號生成與所述兩個固定點之間的所述應(yīng)變成比例的輸出信號。
[0016]條款2、根據(jù)條款I(lǐng)所述的系統(tǒng)，其中，所述第一光源、所述第二光源和所述后向散射檢測器經(jīng)由3:1耦合器耦合至所述光纖。
[0017]條款3、根據(jù)條款I(lǐng)所述的系統(tǒng)，其中，所述后向散射檢測器包括頻率控制元件，該頻率控制元件被配置為具有與基于所述第一頻率和所述第二頻率所計算的響應(yīng)頻率對應(yīng)的頻率，所計算的響應(yīng)頻率不同于所述第一頻率和所述第二頻率。
[0018]條款4、根據(jù)條款I(lǐng)所述的系統(tǒng)，其中，所述前向散射檢測器包括頻率控制元件，該頻率控制元件被配置為具有與基于所述第一頻率和所述第二頻率所計算的響應(yīng)頻率對應(yīng)的頻率，所計算的響應(yīng)頻率不同于所述第一頻率和所述第二頻率。
[0019]條款5、根據(jù)條款I(lǐng)所述的系統(tǒng)，其中，所述光纖的所述中心部分包括布拉格光柵，該布拉格光柵被配置為按照與基于所述第一頻率和所述第二頻率所計算的響應(yīng)頻率對應(yīng)的頻率反射光，所計算的響應(yīng)頻率不同于所述第一頻率和所述第二頻率。
[0020]條款6、根據(jù)條款I(lǐng)所述的系統(tǒng)，其中，所述第一光源包括被配置為具有預(yù)定強(qiáng)度的強(qiáng)度控制元件、被配置為具有預(yù)定偏振的偏振控制元件以及被配置為具有與所述第一頻率對應(yīng)的頻率的頻率控制元件。
[0021]條款7、根據(jù)權(quán)利要求條款I(lǐng)所述的系統(tǒng)，其中，所述第二光源包括被配置為具有預(yù)定強(qiáng)度的強(qiáng)度控制元件、被配置為具有預(yù)定偏振的偏振控制元件以及被配置為具有與所述第二頻率對應(yīng)的頻率的頻率控制元件。
[0022]條款8、一種測量兩個固定點之間的應(yīng)變的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:
[0023]光纖，該光纖具有第一端、第二端以及固定在所述兩個固定點之間的中心部分；
[0024]第一光源，該第一光源輸出具有第一頻率的光信號并且耦合至所述光纖的所述第一端;
[0025]第二光源，該第二光源輸出具有不同于所述第一頻率的第二頻率的光信號并且耦合至所述光纖的所述第一端；
[0026]后向散射檢測器，該后向散射檢測器耦合至所述光纖的所述第一端以用于從所述光纖接收回波光信號并且基于所述回波光信號輸出信號；以及
[0027]處理器，該處理器耦合以接收來自所述后向散射檢測器的所述信號，所述處理器被配置為基于來自所述后向散射檢測器的所述信號生成與所述兩個固定點之間的所述應(yīng)變成比例的輸出信號。
[0028]條款9、根據(jù)條款8所述的系統(tǒng)，其中，所述第一光源、所述第二光源和所述后向散射檢測器經(jīng)由3:1耦合器耦合至所述光纖。
[0029]條款10、根