[發明專利]正交偏振光纖光柵矢量扭轉傳感裝置及其檢測方法有效

申請號：	201210525798.2	申請日：	2012-12-06
公開（公告）號：	CN103017687A	公開（公告）日：	2013-04-03
發明（設計）人：	郭團;關柏鷗;尚立斌;劉甫	申請（專利權）人：	暨南大學
主分類號：	G01B11/26	分類號：	G01B11/26
代理公司：	廣州市華學知識產權代理有限公司 44245	代理人：	楊曉松
地址：	510632 廣***	國省代碼：	廣東;44
權利要求書：	查看更多	說明書：	查看更多
摘要：
搜索關鍵詞：	正交偏振光纖光柵矢量扭轉傳感裝置及其檢測方法
鉆瓜網技術展會專利詞庫專利權人專利榜在售專利公布日期熱門專利

【說明書】：

技術領域

本發明涉及一種扭轉傳感裝置及其檢測方法，尤其是一種正交偏振光纖光柵矢量扭轉傳感裝置及其檢測方法，屬于扭轉傳感器領域。

背景技術

由于工程儀器及儀表測試的需求不斷增長，有關扭轉傳感器的研制與開發日益受到重視并得到了迅速發展。就傳感結構而言，已報道的扭轉傳感器可分為機械式、電磁式、體光柵式和光纖式等多種結構。機械式傳感結構基于軸向應變片傳感，其機械加工要求高,成本開銷大；電磁式傳感結構基于電磁離合器式測功機,其體積較大，且易受電磁場干擾；體光柵式傳感器受機械加工精度、材料與器件特性的非線性制約，其應用受到限制。

光纖傳感技術以光纖為物理媒質、以光波為信息載體，具有結構小巧、靈敏度高、抗電磁干擾、絕緣性好、耐腐蝕、本質安全以及便于多點組網和遠距離遙測等優點，非常適合于應用在一些傳統傳感器受到限制的領域。光纖傳感器按照其傳感機理可以分為強度調制型、干涉型、光纖光柵型、光纖激光型等。由于其具有以上優點，因而得到越來越廣泛的研究和應用。

經過近30年的發展，光纖傳感技術取得了較快的發展。在光纖扭轉傳感研究的相關報道中，南開大學曾經提出過一種雙向可調光纖扭轉傳感器。該傳感器將多模光纖纏繞在彈性圓棒的表面，兩端用特種膠剛性粘貼，由于圓形橫截面幾何形狀的對稱性，在一定的扭角范圍內，因扭轉引起的縱向、橫向以及彎曲形變很微小，可以認為其橫截面仍然保持平面，僅有扭轉形變。這時，扭梁的扭轉可作為純扭轉問題處理，由此設計了一種新型的多模光纖扭轉傳感器。這種扭轉傳感器具有靈敏度高的特點，但是能夠測量的扭角范圍僅僅在±40°,而且無法排除外界自然光對光功率計的影響,即無功率自校準功能，極大的影響了此種傳感器的應用。

又如，燕山大學報道的一種高雙折射光纖光柵扭轉傳感器，其通過反射率的差值與扭轉角度的線性關系來測得扭轉角度。這種傳感器同樣具有較高的靈敏度，但其缺點是需要通過空間幾何光學器件進行檢偏，非全光纖解調，傳感系統體積大且穩定性差；與此同時，傳感系統僅能得到單一偏振態下（由空間幾何光學器件檢偏得到）的能量輸出，無法同時得到兩組相互正交的偏振態能量信息，因此不能實現矢量扭轉檢測。

發明內容

本發明的目的，是為了解決上述現有技術的缺陷，提供一種采用全光纖結構，集成度高、穩定性好的正交偏振光纖光柵矢量扭轉傳感裝置。

本發明的另一目的在于提供一種正交偏振光纖光柵矢量扭轉傳感裝置的檢測方法。

本發明的目的可以通過采取如下技術方案達到：

正交偏振光纖光柵矢量扭轉傳感裝置，其特征在于：包括VCSEL光源、偏振處理單元、傳感探頭、正交偏振解調處理單元以及光纖環形器/耦合器，所述偏振處理單元、傳感探頭和正交偏振解調處理單元通過光纖環形器/耦合器連接；其中，

所述偏振處理單元包括起偏器和偏振控制器，所述VCSEL光源、起偏器和偏振控制器依次連接；

所述傳感探頭包括單模光纖、可扭轉作用于單模光纖的光纖扭轉器以及一端固定于光纖扭轉器且另一端懸空的保偏光纖探頭，所述保偏光纖探頭包括保偏光纖和寫制于保偏光纖內的保偏光纖光柵，所述單模光纖與保偏光纖纖芯準直熔接，在單模光纖與保偏光纖熔接處形成的單模-保偏光纖熔接點位于保偏光纖光柵前端；

所述正交偏振解調處理單元包括偏振分束器、第一光強探測器、第二光強探測器以及矢量分析模塊，所述第一光強探測器和第二光強探測器分別與偏振分束器的輸出端連接，所述第一光強探測器和第二光強探測器還分別與矢量分析模塊連接。

作為一種優選方案，所述VCSEL光源通過電流驅動，其輸出光譜帶寬為1~2nm，輸出光譜中心波長與保偏光纖光柵纖芯模波長匹配，可實現高功率輸出。

作為一種優選方案，所述光纖扭轉器為一個均質、對稱、各向同性且橫截面是同心圓的空心彈性體，其采用合金的材質制成。

作為一種優選方案，所述光纖扭轉器與保偏光纖探頭固定的一端為扭轉端，其采用合金的彈性材料制成，可保證單模光纖得到充分的固定，不發生徑向旋轉和軸向伸縮，轉動角度可在圓周內自由選擇。

作為一種優選方案，所述光纖扭轉器與單模-保偏光纖熔接點之間的間距小于5mm。