[发明专利]基于圆偏振光干涉的自发布里渊散射光纤传感方法与装置

说明书

本发明公开了一种基于圆偏振光干涉的自发布里渊散射光纤传感方法与装置。窄线宽激光器发出的连续激光信号经过第一光分束耦合器分为两路。第一路被电光强度调制器转换为脉冲光信号后，经过环形器输入传感光纤中传输，在传输路径上产生频移与被测物理量相关联的后向散射光信号。第二路光信号经过偏振控制器将线偏振光转化为圆偏振光后，输入第二光分束耦合器，与经过环形器的后向散射光信号发生干涉，干涉后的光信号经过平衡探测器转化为电信号，再由混频器和滤波器通过电域扫频获得后向散射光信号布里渊频移和强度信息，最终获得传感光纤的物理量变化。本发明克服了现有自发布里渊散射光纤传感方法偏振失配的问题，能够获得稳定的干涉信号输出。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种基于圆偏振光干涉的自发布里渊散射光纤传感方法与装置。

背景技术

光纤传感技术中光纤不仅作为传输光的通道，而且也作为感知单元。目前基于散射原理的分布式光纤传感系统主要基于瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射三种散射技术。其中利用布里渊散射的分布式光纤传感系统能够检测应变和温度两种物理量且布里渊散射分为自发布里渊散射和受激布里渊散射，基于此本发明是基于自发布里渊散射的光纤传感系统。

目前布里渊散射的分布式光纤传感系统主要有涉及到三种技术：布里渊光时域反射技术、布里渊光时域分析技术、布里渊光频域分析技术。

在涉及到自发布里渊散射光纤传感时，该光纤传感系统主要是基于布里渊光时域反射技术。其中光信号在传感光纤中传输时会产生布里渊散射，与此同时光信号发生了布里渊频移。当外界温度变化或者传感光纤受到应力变化时，布里渊频移会产生相应的变化，其变化量与温度变化量或者应力变化量均成线性关系。

如上所述，应变和温度的变化对于布里渊频移的变化关系如下：

在一定温度T₀下，应变和频移的关系式：

υ(T₀,ε)＝υ(T₀,0)[1+(Δn_ε+ΔΕ_ε+Δρ_ε+ΔK_ε)ε] (1)

其中Δn_ε、ΔΕ_ε、Δρ_ε、ΔK_ε分别是折射率、杨氏模量、介质密度、泊松比的变化量，这些变化量在传感光纤中为常数。基于上述(1)式可知，在一定温度下，应变和布里渊频移是线性关系。

同样地，在应变ε为零的情况下，温度变化量和频移的关系式：

υ(T,0)＝υ(T₀,0)[1+(Δn+ΔE+Δρ+ΔK)ΔT] (2)

其中Δn、ΔE、Δρ、ΔK在应变为零的传感光纤中为常量，基于上述(2)式，在应变为零时，温度变化量和频移变化是线性关系。

如上所述，自发布里渊散射光纤传感系统是基于传感光纤某一点产生的温度和应力的变化量与布里渊频移量成线性的关系来测量物理量变化，从而实现光纤传感的目的。而对于布里渊频移的测量是利用电域扫频法得到布里渊散射谱，即先调节微波本振频率v_O使得该频率和布里渊频移v_B相差在几十兆赫兹内，然后不断调节本振频率使其扫描整个布里渊谱宽Δv_B，其中当本振频率v_O等于布里渊频移v_B时，输出信号强度最大。基于此利用扫频法可以获得布里渊散射谱的频移信息，然后通过调节微波本振频率v_O，令整个布里渊散射谱信号能够从低通滤波器和带通滤波器通过，因此获得布里渊散射谱的洛伦兹曲线，再通过对洛伦兹曲线积分得到布里渊散射光强度，最后可以得到布里渊散射的移频和强度信息从而实现对温度变化和应变的测量。