[发明专利]一种基于偏振测定的内嵌式光纤扭曲传感器

说明书

技术领域

一种基于偏振测定的内嵌式光纤扭曲传感器，属于光纤传感技术领域。

背景技术

随着现在测量技术的发展，光纤传感器与传统电传感器相比，由于具有不受电磁干扰、灵敏度高、体积小、重量轻、可复用性强、可埋入各种结构和材料等优点而逐渐被人们所重视。近年来，人们已经研制出了各种光纤传感器用于对温度、压力、应变等物理量的测量，在实际应用中，扭曲量的测量也具有相当重要的意义，各种基于长周期光纤光栅和布拉格光纤光栅的扭曲传感器也逐渐被人们所提出。本发明中所述的一种基于偏振测定的内嵌式光纤扭曲传感器，其基本原理是基于保偏光纤对偏振光的保持特性。

保偏光纤(PMF)是一种特殊的单模光纤，由于其对线偏振光具有较强的偏振保持能力，并且与普通单模光纤具有良好的相容性而在光纤通信和光纤传感领域得到广泛的应用。对于理想的保偏光纤，当线偏振光沿光纤的某一光轴入射时，光波的偏振态不会随传播距离发生改变，即保偏光纤能保持光的偏振态，其基本原理是在普通单模光纤的基础上，采用特殊的纤芯设计或在包层中形成特殊的应力分布，产生强双折射，以保证两个传播模式在光纤稳定传输而不发生耦合。国外于20世纪80年代开始对保偏光纤技术的研究，国内也对保偏光纤进行了研究，但是由于技术落后，一直不能满足对高水平保偏光纤的应用要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于偏振测定的内嵌式光纤扭曲传感器。该装置能够通过对保偏光纤快慢轴光强的测量实现对扭曲量的精确测量。具有结构简单、易于操作、灵敏度高等特点。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于偏振测定的内嵌式光纤扭曲传感器，其特征在于：由超宽带光源(1)、入射保偏光纤(2)、单模光纤(3)、出射保偏光纤(4)、保偏光纤耦合器(5)和连接光纤(6)、光探测器(7)组成；超宽带光源(1)连接入射保偏光纤(2)，入射保偏光纤(2)和出射保偏光纤(4)中间连接单模光纤(3)，保偏光纤耦合器(5)的一端连接出射保偏光纤(4)，另外两端分别通过一段连接光纤(6)与光探测器(7)连接。

所述的一种基于偏振测定的内嵌式光纤扭曲传感器，其特征在于：超宽带光源(1)的输出光纤连接方式为保偏光纤连接，中心工作波长为1535纳米。

所述的一种基于偏振测定的内嵌式光纤扭曲传感器，其特征在于：入射保偏光纤(2)和出射保偏光纤(5)为熊猫型高双折射保偏光纤，其长度为2～4米。

本发明的工作原理是：超宽带光源(1)发出的线偏振光首先耦合进入入射保偏光纤(2)的某一偏振轴，在经过一段单模光纤后进入出射保偏光纤(5)，然后通过1×2型保偏光纤耦合器(5)分别到达光探测器(7)。当光纤绕轴向扭曲时，光矢量E在保偏光纤(2)和标准单模光纤中的角度改变不同。对于保偏光纤，当一束线偏振光沿某一偏振轴入射时，光矢量E的空间方向会随着光纤绕轴向的扭曲而改变；对于标准单模光纤，当一束线偏振光入射后，光矢量E的空间方向不随光纤绕轴向的扭曲而改变。对于所述传感装置，当光纤没有发生扭动时，入射保偏光纤(2）和出射保偏光纤(5)的偏振轴是保持在同一方向对准的，当单模光纤所在区域发生绕轴向的扭曲时，入射保偏光纤和出射保偏光纤的光轴也会因扭曲而不再对准，即产生一定的旋转角度。当线偏振光通过所述装置时，由于入射保偏光纤(2)和出射保偏光纤(5)的光轴不再对准，线偏振光会在单模光纤与出射保偏光纤的连接处发生模式激发。扭曲角度不同，出射保偏光纤所接收到的两个偏振方向的光功率大小不同。

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其中Φ是扭曲角度，P_x和P_y分别是保偏光纤的快慢轴对应的光强度，k是表征扭曲对光纤中线偏振光影响的参数(光纤中线偏振光的状态会因扭曲产生微小的偏转)，其值约为1.069。