[发明专利]一种无源温度补偿的保偏光纤干涉仪及其补偿方法

说明书

本发明提供的是一种无源温度补偿的保偏光纤干涉仪及其补偿方法。通过构建温度补偿光纤干涉仪和无源温度补偿结构相结合来实现。此方法主要包括一个全保偏光纤干涉仪和一个热膨胀系数较大的金属柱体。其中全保偏光纤干涉仪利用快轴和慢轴的折射率的不同来匹配具有温度漂移的两臂的工作轴，从而弥补干涉仪的温度漂移；将干涉仪温度漂移较小的一臂的一部分缠绕在一个温度系数较大的金属柱体上，构成无源温度补偿结构，通过增大缠绕光纤的温度漂移来平衡两臂对温度的响应。这两种方式均可对干涉仪的温度串扰进行补偿，相结合补偿精度更高。本发明提出一个新型温度补偿方法，设计巧妙，抗电磁干扰，可以对任何温度漂移量的串扰进行补偿。

技术领域

本发明涉及的是一种光纤传感技术，具体地说是一种光纤干涉仪及其补偿方法。

背景技术

光纤传感器作为如今传感领域的一项重要研究内容之一，具有体积小、质量轻、灵敏度高、动态范围大、抗电磁干扰、可在恶劣环境下工作等优点。光纤传感器在外界环境测量方面的应用也越来越广泛。由于保偏光纤具有偏振保持的特性，广泛用于航天、航空、航海、工业制造技术及通信等国民经济的各个领域。为了达到对待测物理量更加稳定的测量，保偏光纤干涉仪在传感领域的使用逐步增多。

由于保偏光纤传感器会同时受到应变和温度的影响，实际测量中有交叉串扰，即传感器在接收被测信号之余，温度对传感器的影响也会产生漂移进而干扰信号的采集，因此就需要采用一些补偿措施在一定程度上消除传感器的温度漂移，实现温度补偿是光纤传感器广泛应用的关键问题。

目前已有的对光纤传感器进行温度补偿的方法有数据处理补偿法、双传感法、结构补偿法、参考干涉仪法等。

数据处理补偿法是首先获取温度对干涉仪的影响，进而在最终得到的结果中利用数据处理来将温度漂移去除。2009年上海亨通光电科技有限公司的虞翔等人提出的光纤陀螺仪温度补偿方法(CN101738204B)中，是采集全温循环对光纤陀螺仪的影响，再利用数据处理将此信号抑制，进行温度效应的补偿。双传感法指的是通过在传感器中寻找两个对应变和温度分别有不同响应的结构来对两者进行测量，进而分别得到应变和温度变化。2010年上海交通大学史杰等人提出了一种带温度补偿的光纤sagnac干涉环应变传感器(CN101813459B)，此发明使用的是双传感法，构建出两个传感响应，分别求得对温度和应变的灵敏度，来消除两者的串扰。结构补偿法通过在干涉仪中设计一个特殊结构来限制干涉仪对受温度影响而发生的变化，从而实现温度漂移的弥补。2012年重庆大学的朱涛等人提出了一种具有滑动反射镜式温度自补偿光纤加速度传感器(CN102721828B)，此发明使用的是结构补偿法，通过设计结构参数来降低以至于消除温度的影响。参考干涉仪法是指构建一个对待测物理量不灵敏的参考干涉仪，根据两干涉仪对温度的共同响应来消除传感干涉仪中的温度漂移，从而获得待测物理量的信号。2016年电子科技大学的冉曾令等人提出了一种基于光纤珐珀传感器的温度补偿系统及方法(CN106706160A)，此发明构建了一个只对温度有响应的参考臂，来剔除传感臂上的温度效应；2017年北京信息科技大学的祝连庆等人提出了一种温度自补偿的光纤光栅应变传感器(CN106679583A)，此发明将两个光纤光栅构建两个推挽式结构，对位移具有相反的响应，利用两个光栅的波长漂移量来消除光纤光栅传感装置由于温度变化引起的波长漂移的影响并可以获得测量点的位移变化和温度变化，实现温度自补偿功能。

以上这些方法中参考干涉仪法、双传感法、结构补偿法都是通过构建新的干涉仪来进行测量，大大增加了结构的复杂性；数据处理补偿法只能处理已知的温度变化对其带来的影响，实用性不高。因此，为了保偏光纤传感器能够使用更加广泛，克服温度对应变的交叉串扰是非常有意义和价值的事。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、误差小、测量结果准确的无源温度补偿的保偏光纤干涉仪。本发明的目的还在于提供一种基于无源温度补偿的保偏光纤干涉仪的补偿方法。