专利名称：一种偏振敏感分布式微扰传感测量方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤传感系统，尤其涉及一种基于偏振分束器和平衡放大光电转 换器的偏振敏感分布式微扰传感方法和系统。
背景技术：
外界的挤压、冲击、振动等都会引起光纤的扰动，这些微扰会导致光纤双折射轴的 变化进而引起光纤中传输的光信号偏振态的变化。基于偏振敏感的分布式微扰动光纤传感 系统正是利用以上所述的偏振态变化特性，通过分析光纤中背向传输的瑞利散射光信号的 偏振态来感知光纤沿线受外界干扰与否。现有技术中，光信号偏振态的测量方法有多种，包括检偏计法和基于偏振分束器 和双探测器的方法，检偏计法是通过测量经过检偏计的光信号强度来反应偏振态的变化， 此方法不能充分利用被测光信号的能量；基于偏振分束器和双探测器的方法是使用偏振分 束器将被测光信号分为相互垂直的两路光信号，然后将偏振分束器输出的两路光信号分别 输入到两个光电探测器，然后分别采集两路信号的数据并分别做数据处理，此方法虽然可 以充分利用光信号的能量但因系统需要使用两个光电探测器，结构较复杂，并且数据量大， 需要的数据处理时间较长，造成系统的响应时间较长。另外经研究发现基于偏振敏感的分 布式微扰传感器在进行频谱变换后造成测量盲点的原因并不是因为偏振光信号与其中一 偏振轴垂直导致此路光信号输出光强为零，而是因为由微扰引起的偏振态变化与变化前相 比很微弱，因此如何提供一种高灵敏度的测量偏振态变化的方法是优化基于偏振敏感的分 布式微扰传感系统需要解决的问题。

发明内容
本发明的目的是提供一种高灵敏度的测量偏振态变化的方法，并基于这种方法提 出一种基于偏振分束器和平衡放大光电转换器的偏振敏感分布式微扰传感测量方法与系 统，以克服现有技术方案的不足。本发明的上述基于偏振分束器和平衡放大光电转换器的偏振敏感分布式微扰光 纤传感系统的测量方法是指测量偏振态变化的方法，本发明的技术方案是一种偏振敏感 分布式微扰传感方法，对传感光纤中或者通过一个环形器至传感光纤的探测信号所产生的 背向瑞利散射光信号的偏振态进行测量来反应光纤沿线是否受外界干扰，首先使用一个偏 振分束器将传感光纤中或经环形器输出的被测瑞利背向散射光信号分为相互正交的两路 偏振光，然后将这两路偏振光信号分别输入平衡放大光电转换器的两个输入端口，得出两 路光信号的偏振态变化造成的光强之差。平衡放大光电转换器(即差分光电放大器)的输 出，得出两路光信号的偏振态变化造成的光强之差。本发明的装置是通过以下技术方案实现的基于偏振分束器和平衡放大光电转 换器的偏振敏感分布式微扰光纤传感系统，包括函数发生器1，脉冲激光器2，偏振控 制器3，环形器4，传感光纤5，偏振分束器6，平衡放大光电转换器7，数据采集单元8，数据处理单元9 ；所述函数发生器1的两个同步触发输出端口分别连接并触发所述脉冲激 光器2的输入端和所述数据采集单元8的触发输入端口 ；所述脉冲激光器2的输出端 连接所述偏振控制器3的输入端；所述偏振控制器3的输出端连接所述环形器4端口
Φ ；所述环形器4的端口②连接所述传感光纤5 ；所述环形器4端口③连接所述偏振分束器
6的输入端；所述偏振分束器6的两输出端口连接平衡放大光电转换器7的两输入端口 ；所 述平衡放大光电转换器7的输出端口连接数据采集单元8的数据采集输入端口 ；所述数据 采集单元8的输出端连接数据处理单元9的输入端。本发明的上述基于偏振分束器和放大光电转换器(平衡光电探测器)的偏振敏感 分布式微扰光纤传感系统中所述平衡放大光电转换器将传感光纤(或通过环形器)输出的 被测瑞利背向散射信号光经偏振分束器(PBS)分束所得的两路偏振光信号的强度相减，充 分利用两路能量互补的偏振信号的能量差来反应外界微扰带来的偏振态变化。由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的基于偏振分束器和平衡放 大光电转换器的偏振敏感分布式微扰传感系统及其测量偏振态变化的方法，使用平衡放大 光电转换器将两路正交输入光信号的强度相减而得到的偏振态变化引起的强度差，再利用 数据处理单元对由数据采集获得的信号进行分析处理。能实现对光纤微扰信号的灵敏检 测。本发明的有益效果是提出一种高灵敏度的测量偏振态变化的方法，并基于这种 方法提出一种基于偏振分束器和平衡放大光电转换器的偏振敏感分布式微扰传感测量系 统，克服现有技术方案的不足，与基于偏振分束器和双探测器的方法相比，本发明简化了系 统节约了成本；与检偏计法相比，本发明可将系统可测量的动态范围提高3dB，同时又可将 系统可探测的最低能量提高了 3dB。


图1为现有技术中测量偏振态的检偏计法原理图
图2为现有技术中测量偏振态的基于偏振分束器和双探测器的方法原理图 图3为本发明中的测量偏振态的基于偏振分束器和平衡放大光电转换器的方法框
图
图4为本发明中的光纤微扰传感系统的结构框图。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明的较佳实施例。本发明的基于偏振分束器和平衡放大光电转换器的偏振敏感分布式微扰光纤传感 系统，其较佳具体实施方式
如图4所示，包括函数发生器1，脉冲激光器2，偏振控制器3，环形 器4，传感光纤5，偏振分束器6，平衡放大光电转换器7，数据采集单元8，数据处理单元9。本发明用于监测时的具体实施步骤如下
1)所述函数发生器1发出两个同步触发信号分别用于触发所述脉冲激光器2和所述数 据采集单元8。2)所述脉冲激光器2输出的探测脉冲光信号经过所述偏振控制器3、所述环形器
54的Φ、②端口进入所述传感光纤5。3)所述探测脉冲光在所述传感光纤5中产生的背向瑞利散射信号光经所述环形 器4的、 端口进入所述偏振分束器6。4)所述偏振分束器6将背向瑞利散射信号光分为相互垂直的两偏振模式后，分别 经所述偏振分束器6的两输出端口进入所述平衡放大光电转换器7的两输入端口。5)所述平衡放大光电转换器7将所述两输入偏振光的强度相减并转换为电信号 经所述平衡放大光电转换器7的输出端口到所述数据采集单元8。6)所述数据采集单元8获得的数据传给所述数据处理单元9做后期分析处理。以上实施例仅为本发明的较佳实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，不 脱离本发明精神和范围的任何修改和局部替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种偏振敏感分布式微扰传感方法，其特征是对传感光纤中或者通过一个环形器至传感光纤的探测信号所产生的背向瑞利散射光信号的偏振态进行测量来反应光纤沿线是否受外界干扰，首先使用一个偏振分束器将传感光纤中或经环形器输出的被测瑞利背向散射光信号分为相互正交的两路偏振光，然后将这两路偏振光信号分别输入平衡放大光电转换器的两个输入端口，得出两路光信号的偏振态变化造成的光强之差。
2.根据权利要求1所述的基于偏振分束器和平衡放大光电转换器的偏振敏感分布式 微扰传感方法，其特征在于所述传感系统的监测步骤包括1)所述函数发生器(1)发出两个同步触发信号分别用于触发所述脉冲激光器(2)和所 述数据采集单元(8);2)所述脉冲激光器2输出的探测脉冲光信号经过所述偏振控制器3、所述环形器(4)的 二个端口进入所述传感光纤(5)；3)所述探测脉冲光在所述传感光纤(5)中产生的背向瑞利散射信号光经所述环形器 (4)的另外二个端口进入所述偏振分束器(6)；4)所述偏振分束器(6)将背向瑞利散射信号光分为相互垂直的两偏振模式后，分别经 所述偏振分束器(6)的两输出端口进入所述平衡放大光电转换器(7)的两输入端口 ；5 )所述平衡放大光电转换器(7 )将所述两输入偏振光的强度相减并转换为电信号经所 述平衡放大光电转换器(7)的输出端口到所述数据采集单元(8)；6)所述数据采集单元(8)获得的数据传给所述数据处理单元(9)做后期分析处理。
3.根据权利要求2所述的基于偏振分束器和平衡放大光电转换器的偏振敏感分布式 微扰传感方法，其特征在于所述函数发生器(1)输出的两个同步触发信号的其中一个用于 触发所述数据采集单元(8 )的触发信号，使用所述数据采集单元8的通道自触发信号，也可 不使用任何触发信号。
4.根据权利要求2或3所述的基于偏振分束器和平衡放大光电转换器的偏振敏感分布 式微扰传感方法，其特征在于所述偏振分束器(6)将监测步骤4)所述的背向瑞利散射信号 光分解为两路偏振模式相互垂直的信号光。
5.根据权利要求2或3所述的基于偏振分束器和平衡放大光电转换器的偏振敏感分布 式微扰传感方法，其特征在于所述数据处理单元(9)对所述数据采集单元(8)所采得的数 据信号做分析处理。
6.根据权利要求2或3所述的基于偏振分束器和平衡放大光电转换器的偏振敏感分布 式微扰传感方法，其特征在于所述数据处理单元(9)在对信号进行频域分析处理时若频域 信号发现无非零频率后则应对信号进行时域分析处理，即将所述时域信号与原始时域信号 进行比较，若存在偏振态改变，则说明所述传感光纤受外界挤压等静态应力的干扰。
7.一种偏振敏感分布式微扰传感系统，其特征在于，包括函数发生器(1 )，脉冲激光器 (2)，偏振控制器(3)，环形器(4)，传感光纤(5)，偏振分束器(6)，平衡放大光电转换器(7)， 数据采集模块(8)，数据处理模块(9)；所述函数发生器(1)的两个同步触发输出端口分别 连接并触发所述脉冲激光器(2)的输入端和所述数据采集单元(8)的触发输入端口 ；所述 脉冲激光器(2)的输出端连接所述偏振控制器(3)的输入端；所述偏振控制器(3)的输出 端连接所述环形器(4)端口；所述环形器(4)的端口g连接所述传感光纤(5)；所述环形器(4)端口g连接所述偏振分束器 (6 )的输入端；所述偏振分束器(6 )的两输出端口连接平衡放大光电转换器(7 )的两输入端 口 ；所述平衡放大光电转换器(7)的输出端口连接数据采集单元(8)的数据采集输入端口 ； 所述数据采集单元(8)的输出端连接数据处理单元(9)的输入端。
8.根据权利要求7所述的基于偏振分束器和平衡放大光电转换器的偏振敏感分布式 微扰传感系统，其特征在于所述偏振分束器(6)的两输出端口分别与所述平衡放大光电转 换器(7)的两输入端口相连。
全文摘要
本发明公开了一种偏振敏感分布式微扰传感方法和系统。所述偏振敏感分布式微扰传感系统的较佳实施例包括函数发生器(1)，脉冲激光器(2)，偏振控制器(3，环形器(4)，传感光纤(5)，偏振分束器(6)，平衡放大光电转换器(7)，数据采集单元(8)，数据处理单元(9)。由平衡放大光电转换器将偏振方向相互垂直的两路光信号的强度相减，得到反应两路光信号偏振态变化的强度差。对由数据采集模块获得的数据进行详细的分析处理实现对光纤微扰信号的灵敏监测。本发明的有益效果在于大大提高了传感系统的检测灵敏度。
文档编号G01D5/30GK101963516SQ20101028685
公开日2011年2月2日 申请日期2010年9月20日 优先权日2010年9月20日
发明者张旭苹, 王峰, 陈勐勐 申请人:南京大学