[发明专利]一种偏振敏感分布式微扰传感测量方法及系统

说明书

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；所述环形器4的端口连接所述传感光纤5；所述环形器4端口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。

附图说明

图1为现有技术中测量偏振态的检偏计法原理图