[发明专利]利用非互易效应的光纤传感器补偿方法

说明书

本发明涉及利用非互易效应的强度调制型光纤传感器补偿方法。

为保证强度调制型光纤传感器长期稳定地工作，必须对光源发光功率，光纤损耗以及光电探测器响应度的变化加以补偿。此外，对利用偏振特性变化的光纤传感器，传感材料的双折射变化也必须加以补偿。

现有的补偿方法有：

（一）光桥补偿法：采用双光源双探测器，双光源交替发光工作方式，其中一个光源发出的光通过传感部分，另一路光源发出的光不通过传感单元，只起补偿光纤损耗及探测器漂移的作用。这种补偿方法结构复杂，而且对传感材料本身双折射特性的变化无法补偿。

（二）双波长补偿法：让两种光强成比例不同波长的光沿同一路径传播，传感部分对不同波长的光产生不同的调制，接收端将两种波长的光分别探测出来，通过比例运算可消除光纤损耗对测量的影响。但由于不同波长的光对光纤损耗及探测器响应度的变化特性不能完全一致，同时这种补偿方法也无法补偿传感材料自身双折射变化对测量的影响，因此很难实现高精度测量。

利用物理效应的对称性可使光纤传感器对损耗和内部双折射这些互易效应的变化不敏感，从而达到补偿的作用。与现有的光纤传感器补偿方法相比，这种利用物理效应对称性的补偿方法简单，可靠，便于向光电一体集成化方向发展。

本发明的目的是解决利用非互易效应的强度调制型光纤传感器中互易效应的补偿问题，降低光纤传感器的成本，提高测量精度。

本发明的具体实施方案如下：

附图1是利用非互易效应的强度调制型光纤传感器补偿原理示意图。

如附图：（1）和（2）为两支功率谱一致的非相干光源，（5）和（6）分别为两支低损耗，分束比稳定的光耦合器。光源（1）发出的光经光耦合器（5）分为两路，其中一路直接传入光电探测器（4），另一路经光纤（7）传入光纤传感器（9），再经过光纤（8）将调制后的光信号传回，经光耦合器（6）分束后，其中一束光传入光电探测器（3）。光源（2）发出的光经光耦合器（6）分束，其中一路光直接传入光电探测器（4），另一路光经光纤（8）传入光纤传感器（9），再经过光纤（7）传回，经光耦合器（5）分束后，其中一路光传入光电探测器（3）。

利用非互易效应的光纤传感器补偿原理如下：

光源（1）和光源（2）采用脉冲交替工作方式。当光源（1）发光，光源（2）不发光时，探测器（3）和探测器（4）输出的光电信号i₃和i₄分别为：

i₃＝I₁T₅K₆T₆R₃（1-L）f+（x）（1）

i₄＝I₁T₅K₅R₄（2）

当光源（2）发光，光源（1）不发光时，探测器（3）和探测器（4）输出的光电信号i₃′和i^′₄分别为：

i^′₃＝I₂T₆K₅R₃T₅（1-L）f-（x）（3）

i^′₄＝I₂T₆K₆R₄（4）

[1]，[2]，[3]，[4]式中：

I₁，I₂-光源（1）和光源（2）的发光功率，

T₅，T₆-光耦合器（5）和光耦合器（6）的透过率，

K₅，K₆-光耦合器（5）和光耦合器（6）的分束比，

K₃，K₄-光电探测器（3）和光电探测器（4）的响应度，

L-光纤（7）和光纤（8）以及传感器（9）内吸收产生的传输损耗之和，

f+（x），f-（x）-光纤传感器（9）正向与反向传输光的调制函数。

对i₃，i₄，i^′₃，i^′₄作如下运算：