[发明专利]在线偏振光时域反射光纤传感装置

说明书

技术领域

本发明涉及在光纤传感领域利用在线偏振光时域反射实现相关检测的装置。

背景技术

光时域反射技术(Optical Time Domain Reflection-OTDR)是比较成熟的一种技术，主要是通过发射一定功率的低速调制光信号，利用反射回的光信号特征来测量光路的长度。这种测量方法除了长度外得不到其他信息。因此，国外有人提出了基于偏振分析的光时域反射技术(Polarization OTDR，P-OTDR)，通过分析反射信号的偏振特性，可以得到其他一些有用的信息，例如传输光路的偏振模色散值等等。目前国内外对这方面的研究很多，但主要只有两种结构(如图1所示)：第一种采用光耦合器和阻断式(Terminated)偏振分析仪构成，第二种则只采用偏振控制器外加偏振片的方式。虽然第二种方式看起来简单一些，但存在两个主要问题：(1)测量精度低，因为采用的不是偏振分析仪，只是利用部分偏振信息；(2)存在测量结果突变或完全错误的可能性，这主要是由于偏振片的采用，两个相差180度的偏振态可能得到相同的测量结果。第一种结构也存在一个主要问题：由于采用了光耦合器，测量结果会受到耦合其特性(包括干扰)的影响。

另一方面，目前光纤传感技术的发展也很迅速，尤其在相关行业，例如铁路运输中。铁路速度的提高必然对常规监控或传感技术的挑战，包括如何实现高速列车的定位，速度的测量，运营环境的预警等等。光纤传感器由于其高速，抗干扰性和适应不同恶劣环境的优势，可以为相关行业的发展做出贡献。而采用偏振分析方法进行传感则是其中一种非常有前景的技术。

发明内容

鉴于已有技术的以上缺点，我们提出了一种新型在线偏振光时域反射光纤传感装置。本发明的目的是通过如下的手段实现的：

在线偏振光时域反射光纤传感装置，采用偏振分析的光时域反射技术获取反射信号的偏振特性，包括：光发射源，作用在发射光源上使其产生光脉冲序列输出的调制信号源，光隔离器，传输光纤，对传输光纤反射回来的光进行收集的逆向偏振探测单元，接收逆向偏振探测单元送入的偏振特性信号并进行相关的检测和分析的传感检测单元；所述逆向偏振探测单元的光路采用：系列偏振分束镜接收传输光纤反射回来的光后将各分路光输送给相应的系列偏振元件，经过系列偏振元件的光进入光电探测器转换为相应电信号后输入传感检测单元进行偏振特性信号处理。

采用本发明可以得到比现有技术更为方便有效的在线偏振监控装置。

附图说明：

图1为现有技术两种偏振光时域反射测量的原理图。(a)采用光耦合器和阻断式(Terminaed)偏振分析仪构成方式；(b)为采用偏振控制器外加偏振片的构成方式。

图2为本发明在线偏振光时域反射光纤传感装置结构图。

图3为本发明中逆向偏振探测单元的光路图。

图4为本发明的一个应用实施例图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

在图2中，与其它装置类似，光发射源101被调制信号源102驱动，产生系列光脉冲信号，经光隔离器103后进入逆向偏振探测单元104。逆向偏振探测单元对正向传输的光(由光源方向来的)不反应，而对进入传输光纤105后反射回来的光进行收集，并送到传感检测单元106中进行相关的检测和分析，得到相应的偏振态及其分布。由于没有光耦合器，偏振分析仪分析的直接就是反射光的信息，因光耦合器可能导致的光路干扰的影响大大减少。

图3为本发明中逆向偏振探测单元104的光路图：由光纤201反射回的光到达偏振分析仪后，其光束被一系列部分(例如2-5％)偏振分束镜202分出不同部分，每一部分又通过不同的光学元件：例如0度偏振片203(检测0度线偏振分量)，90度偏振片204(检测90度线偏振分量)，45度偏振片205(检测45度线偏振分量)构成的线偏振分量分路；由四分之一波片206和45度偏振片207(检测圆偏振分量)构成的圆偏振分量检测分路。208为光电探测器(将光信号转化为电流信号)，接收经过不同光学元件后的光强，通过不同光学分量的测量，可以分析到光信号的偏振态。