專利名稱：一種偏振敏感分布式微擾傳感測量方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖傳感系統(tǒng)，尤其涉及一種基于偏振分束器和平衡放大光電轉(zhuǎn) 換器的偏振敏感分布式微擾傳感方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
外界的擠壓、沖擊、振動等都會引起光纖的擾動，這些微擾會導(dǎo)致光纖雙折射軸的 變化進(jìn)而引起光纖中傳輸?shù)墓庑盘柶駪B(tài)的變化?；谄衩舾械姆植际轿_動光纖傳感 系統(tǒng)正是利用以上所述的偏振態(tài)變化特性，通過分析光纖中背向傳輸?shù)娜鹄⑸涔庑盘柕?偏振態(tài)來感知光纖沿線受外界干擾與否?，F(xiàn)有技術(shù)中，光信號偏振態(tài)的測量方法有多種，包括檢偏計法和基于偏振分束器 和雙探測器的方法，檢偏計法是通過測量經(jīng)過檢偏計的光信號強(qiáng)度來反應(yīng)偏振態(tài)的變化， 此方法不能充分利用被測光信號的能量；基于偏振分束器和雙探測器的方法是使用偏振分 束器將被測光信號分為相互垂直的兩路光信號，然后將偏振分束器輸出的兩路光信號分別 輸入到兩個光電探測器，然后分別采集兩路信號的數(shù)據(jù)并分別做數(shù)據(jù)處理，此方法雖然可 以充分利用光信號的能量但因系統(tǒng)需要使用兩個光電探測器，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，并且數(shù)據(jù)量大， 需要的數(shù)據(jù)處理時間較長，造成系統(tǒng)的響應(yīng)時間較長。另外經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)基于偏振敏感的分 布式微擾傳感器在進(jìn)行頻譜變換后造成測量盲點的原因并不是因為偏振光信號與其中一 偏振軸垂直導(dǎo)致此路光信號輸出光強(qiáng)為零，而是因為由微擾引起的偏振態(tài)變化與變化前相 比很微弱，因此如何提供一種高靈敏度的測量偏振態(tài)變化的方法是優(yōu)化基于偏振敏感的分 布式微擾傳感系統(tǒng)需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高靈敏度的測量偏振態(tài)變化的方法，并基于這種方法提 出一種基于偏振分束器和平衡放大光電轉(zhuǎn)換器的偏振敏感分布式微擾傳感測量方法與系 統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術(shù)方案的不足。本發(fā)明的上述基于偏振分束器和平衡放大光電轉(zhuǎn)換器的偏振敏感分布式微擾光 纖傳感系統(tǒng)的測量方法是指測量偏振態(tài)變化的方法，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種偏振敏感 分布式微擾傳感方法，對傳感光纖中或者通過一個環(huán)形器至傳感光纖的探測信號所產(chǎn)生的 背向瑞利散射光信號的偏振態(tài)進(jìn)行測量來反應(yīng)光纖沿線是否受外界干擾，首先使用一個偏 振分束器將傳感光纖中或經(jīng)環(huán)形器輸出的被測瑞利背向散射光信號分為相互正交的兩路 偏振光，然后將這兩路偏振光信號分別輸入平衡放大光電轉(zhuǎn)換器的兩個輸入端口，得出兩 路光信號的偏振態(tài)變化造成的光強(qiáng)之差。平衡放大光電轉(zhuǎn)換器(即差分光電放大器)的輸 出，得出兩路光信號的偏振態(tài)變化造成的光強(qiáng)之差。本發(fā)明的裝置是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的基于偏振分束器和平衡放大光電轉(zhuǎn) 換器的偏振敏感分布式微擾光纖傳感系統(tǒng)，包括函數(shù)發(fā)生器1，脈沖激光器2，偏振控 制器3，環(huán)形器4，傳感光纖5，偏振分束器6，平衡放大光電轉(zhuǎn)換器7，數(shù)據(jù)采集單元8，數(shù)據(jù)處理單元9 ；所述函數(shù)發(fā)生器1的兩個同步觸發(fā)輸出端口分別連接并觸發(fā)所述脈沖激 光器2的輸入端和所述數(shù)據(jù)采集單元8的觸發(fā)輸入端口 ；所述脈沖激光器2的輸出端 連接所述偏振控制器3的輸入端；所述偏振控制器3的輸出端連接所述環(huán)形器4端口
Φ ；所述環(huán)形器4的端口②連接所述傳感光纖5 ；所述環(huán)形器4端口③連接所述偏振分束器
6的輸入端；所述偏振分束器6的兩輸出端口連接平衡放大光電轉(zhuǎn)換器7的兩輸入端口 ；所 述平衡放大光電轉(zhuǎn)換器7的輸出端口連接數(shù)據(jù)采集單元8的數(shù)據(jù)采集輸入端口 ；所述數(shù)據(jù) 采集單元8的輸出端連接數(shù)據(jù)處理單元9的輸入端。本發(fā)明的上述基于偏振分束器和放大光電轉(zhuǎn)換器(平衡光電探測器)的偏振敏感 分布式微擾光纖傳感系統(tǒng)中所述平衡放大光電轉(zhuǎn)換器將傳感光纖(或通過環(huán)形器)輸出的 被測瑞利背向散射信號光經(jīng)偏振分束器(PBS)分束所得的兩路偏振光信號的強(qiáng)度相減，充 分利用兩路能量互補(bǔ)的偏振信號的能量差來反應(yīng)外界微擾帶來的偏振態(tài)變化。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的基于偏振分束器和平衡放 大光電轉(zhuǎn)換器的偏振敏感分布式微擾傳感系統(tǒng)及其測量偏振態(tài)變化的方法，使用平衡放大 光電轉(zhuǎn)換器將兩路正交輸入光信號的強(qiáng)度相減而得到的偏振態(tài)變化引起的強(qiáng)度差，再利用 數(shù)據(jù)處理單元對由數(shù)據(jù)采集獲得的信號進(jìn)行分析處理。能實現(xiàn)對光纖微擾信號的靈敏檢 測。本發(fā)明的有益效果是提出一種高靈敏度的測量偏振態(tài)變化的方法，并基于這種 方法提出一種基于偏振分束器和平衡放大光電轉(zhuǎn)換器的偏振敏感分布式微擾傳感測量系 統(tǒng)，克服現(xiàn)有技術(shù)方案的不足，與基于偏振分束器和雙探測器的方法相比，本發(fā)明簡化了系 統(tǒng)節(jié)約了成本；與檢偏計法相比，本發(fā)明可將系統(tǒng)可測量的動態(tài)范圍提高3dB，同時又可將 系統(tǒng)可探測的最低能量提高了 3dB。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中測量偏振態(tài)的檢偏計法原理圖
圖2為現(xiàn)有技術(shù)中測量偏振態(tài)的基于偏振分束器和雙探測器的方法原理圖 圖3為本發(fā)明中的測量偏振態(tài)的基于偏振分束器和平衡放大光電轉(zhuǎn)換器的方法框
圖
圖4為本發(fā)明中的光纖微擾傳感系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的較佳實施例。本發(fā)明的基于偏振分束器和平衡放大光電轉(zhuǎn)換器的偏振敏感分布式微擾光纖傳感 系統(tǒng)，其較佳具體實施方式
如圖4所示，包括函數(shù)發(fā)生器1，脈沖激光器2，偏振控制器3，環(huán)形 器4，傳感光纖5，偏振分束器6，平衡放大光電轉(zhuǎn)換器7，數(shù)據(jù)采集單元8，數(shù)據(jù)處理單元9。本發(fā)明用于監(jiān)測時的具體實施步驟如下
1)所述函數(shù)發(fā)生器1發(fā)出兩個同步觸發(fā)信號分別用于觸發(fā)所述脈沖激光器2和所述數(shù) 據(jù)采集單元8。2)所述脈沖激光器2輸出的探測脈沖光信號經(jīng)過所述偏振控制器3、所述環(huán)形器
54的Φ、②端口進(jìn)入所述傳感光纖5。3)所述探測脈沖光在所述傳感光纖5中產(chǎn)生的背向瑞利散射信號光經(jīng)所述環(huán)形 器4的、 端口進(jìn)入所述偏振分束器6。4)所述偏振分束器6將背向瑞利散射信號光分為相互垂直的兩偏振模式后，分別 經(jīng)所述偏振分束器6的兩輸出端口進(jìn)入所述平衡放大光電轉(zhuǎn)換器7的兩輸入端口。5)所述平衡放大光電轉(zhuǎn)換器7將所述兩輸入偏振光的強(qiáng)度相減并轉(zhuǎn)換為電信號 經(jīng)所述平衡放大光電轉(zhuǎn)換器7的輸出端口到所述數(shù)據(jù)采集單元8。6)所述數(shù)據(jù)采集單元8獲得的數(shù)據(jù)傳給所述數(shù)據(jù)處理單元9做后期分析處理。以上實施例僅為本發(fā)明的較佳實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，不 脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改和局部替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種偏振敏感分布式微擾傳感方法，其特征是對傳感光纖中或者通過一個環(huán)形器至傳感光纖的探測信號所產(chǎn)生的背向瑞利散射光信號的偏振態(tài)進(jìn)行測量來反應(yīng)光纖沿線是否受外界干擾，首先使用一個偏振分束器將傳感光纖中或經(jīng)環(huán)形器輸出的被測瑞利背向散射光信號分為相互正交的兩路偏振光，然后將這兩路偏振光信號分別輸入平衡放大光電轉(zhuǎn)換器的兩個輸入端口，得出兩路光信號的偏振態(tài)變化造成的光強(qiáng)之差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于偏振分束器和平衡放大光電轉(zhuǎn)換器的偏振敏感分布式 微擾傳感方法，其特征在于所述傳感系統(tǒng)的監(jiān)測步驟包括1)所述函數(shù)發(fā)生器(1)發(fā)出兩個同步觸發(fā)信號分別用于觸發(fā)所述脈沖激光器(2)和所 述數(shù)據(jù)采集單元(8);2)所述脈沖激光器2輸出的探測脈沖光信號經(jīng)過所述偏振控制器3、所述環(huán)形器(4)的 二個端口進(jìn)入所述傳感光纖(5)；3)所述探測脈沖光在所述傳感光纖(5)中產(chǎn)生的背向瑞利散射信號光經(jīng)所述環(huán)形器 (4)的另外二個端口進(jìn)入所述偏振分束器(6)；4)所述偏振分束器(6)將背向瑞利散射信號光分為相互垂直的兩偏振模式后，分別經(jīng) 所述偏振分束器(6)的兩輸出端口進(jìn)入所述平衡放大光電轉(zhuǎn)換器(7)的兩輸入端口 ；5 )所述平衡放大光電轉(zhuǎn)換器(7 )將所述兩輸入偏振光的強(qiáng)度相減并轉(zhuǎn)換為電信號經(jīng)所 述平衡放大光電轉(zhuǎn)換器(7)的輸出端口到所述數(shù)據(jù)采集單元(8)；6)所述數(shù)據(jù)采集單元(8)獲得的數(shù)據(jù)傳給所述數(shù)據(jù)處理單元(9)做后期分析處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于偏振分束器和平衡放大光電轉(zhuǎn)換器的偏振敏感分布式 微擾傳感方法，其特征在于所述函數(shù)發(fā)生器(1)輸出的兩個同步觸發(fā)信號的其中一個用于 觸發(fā)所述數(shù)據(jù)采集單元(8 )的觸發(fā)信號，使用所述數(shù)據(jù)采集單元8的通道自觸發(fā)信號，也可 不使用任何觸發(fā)信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于偏振分束器和平衡放大光電轉(zhuǎn)換器的偏振敏感分布 式微擾傳感方法，其特征在于所述偏振分束器(6)將監(jiān)測步驟4)所述的背向瑞利散射信號 光分解為兩路偏振模式相互垂直的信號光。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于偏振分束器和平衡放大光電轉(zhuǎn)換器的偏振敏感分布 式微擾傳感方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理單元(9)對所述數(shù)據(jù)采集單元(8)所采得的數(shù) 據(jù)信號做分析處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于偏振分束器和平衡放大光電轉(zhuǎn)換器的偏振敏感分布 式微擾傳感方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理單元(9)在對信號進(jìn)行頻域分析處理時若頻域 信號發(fā)現(xiàn)無非零頻率后則應(yīng)對信號進(jìn)行時域分析處理，即將所述時域信號與原始時域信號 進(jìn)行比較，若存在偏振態(tài)改變，則說明所述傳感光纖受外界擠壓等靜態(tài)應(yīng)力的干擾。
7.一種偏振敏感分布式微擾傳感系統(tǒng)，其特征在于，包括函數(shù)發(fā)生器(1 )，脈沖激光器 (2)，偏振控制器(3)，環(huán)形器(4)，傳感光纖(5)，偏振分束器(6)，平衡放大光電轉(zhuǎn)換器(7)， 數(shù)據(jù)采集模塊(8)，數(shù)據(jù)處理模塊(9)；所述函數(shù)發(fā)生器(1)的兩個同步觸發(fā)輸出端口分別 連接并觸發(fā)所述脈沖激光器(2)的輸入端和所述數(shù)據(jù)采集單元(8)的觸發(fā)輸入端口 ；所述 脈沖激光器(2)的輸出端連接所述偏振控制器(3)的輸入端；所述偏振控制器(3)的輸出 端連接所述環(huán)形器(4)端口；所述環(huán)形器(4)的端口g連接所述傳感光纖(5)；所述環(huán)形器(4)端口g連接所述偏振分束器 (6 )的輸入端；所述偏振分束器(6 )的兩輸出端口連接平衡放大光電轉(zhuǎn)換器(7 )的兩輸入端 口 ；所述平衡放大光電轉(zhuǎn)換器(7)的輸出端口連接數(shù)據(jù)采集單元(8)的數(shù)據(jù)采集輸入端口 ； 所述數(shù)據(jù)采集單元(8)的輸出端連接數(shù)據(jù)處理單元(9)的輸入端。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于偏振分束器和平衡放大光電轉(zhuǎn)換器的偏振敏感分布式 微擾傳感系統(tǒng)，其特征在于所述偏振分束器(6)的兩輸出端口分別與所述平衡放大光電轉(zhuǎn) 換器(7)的兩輸入端口相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種偏振敏感分布式微擾傳感方法和系統(tǒng)。所述偏振敏感分布式微擾傳感系統(tǒng)的較佳實施例包括函數(shù)發(fā)生器(1)，脈沖激光器(2)，偏振控制器(3，環(huán)形器(4)，傳感光纖(5)，偏振分束器(6)，平衡放大光電轉(zhuǎn)換器(7)，數(shù)據(jù)采集單元(8)，數(shù)據(jù)處理單元(9)。由平衡放大光電轉(zhuǎn)換器將偏振方向相互垂直的兩路光信號的強(qiáng)度相減，得到反應(yīng)兩路光信號偏振態(tài)變化的強(qiáng)度差。對由數(shù)據(jù)采集模塊獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的分析處理實現(xiàn)對光纖微擾信號的靈敏監(jiān)測。本發(fā)明的有益效果在于大大提高了傳感系統(tǒng)的檢測靈敏度。
文檔編號G01D5/30GK101963516SQ20101028685
公開日2011年2月2日 申請日期2010年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月20日
發(fā)明者張旭蘋, 王峰, 陳勐勐 申請人:南京大學(xué)