[發明專利]消除偏振態影響的高精度光纖光柵傳感解調方法

有效

• 申請號: 201410324658.8
• 申請日: 2014-07-09
• 公開（公告）號: CN104061874A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 黃穩柱;張文濤;甄騰坤;李芳
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及光纖傳感技術領域，尤其涉及一種消除偏振態影響的高精度光纖光柵傳感解調方法。

背景技術

光纖傳感技術是20世紀70年代伴隨光纖通信技術的發展而迅速發展起來的。光纖的工作頻帶寬，動態范圍大，適合遙測遙控，是一種優良的低損耗傳輸線。在一定條件下，也是一種優良的敏感元件。鑒于此，各種類型的光纖傳感器孕育而生，并且在各個領域得到了廣泛的應用。

目前利用光纖光柵傳感器檢測地殼形變是一種很有前途的檢測技術。被觀測的地殼應變量是準靜態的，屬于準靜態應變量測量的范圍，為了獲得這種靜態應變量的測量，人們提出了利用參考光纖光柵的方法消除環境溫度和噪聲的影響，即在靜態應變傳感測量系統中設置一個不受應變作用的光纖光柵對環境溫度和噪聲進行補償，同時通過解調算法計算參考和應變光纖光柵傳感器的中心波長差來得到應變信息。如日本東京大學提出的基于窄線寬激光器和光纖光柵的超高分辨率靜態應變測量方案(Q.W.Liu.An ultra-high-resolution FBG static-strain sensor for geophysis applications.Proc.of SPIE，Vol.7653，76530W，2010)。為了進一步提高這個技術方案的應變測量分辨率，要求光纖光柵具有更窄的帶寬。為此，日本東京大學又提出了多種技術方案，采用光纖光柵法-珀干涉儀(比光纖光柵具有更窄的帶寬)來實現更高精度的靜態應變測量(Q.W.Liu.Ultra-high-resolution large-dynamic-range optical fiber static strain sensor using Pound-Drever-Hall technique.Optics letters，36(20)，4044-4046，2011)。與此同時，劉慶文在其專利號為CN 202853879U、CN 203100689U、CN 102818695A等專利中，也提出了利用一個參考的光纖環形腔和一個傳感光纖光柵的方案來檢測應變，該方案也具有較大的應變測量動態范圍和較高的應變測量分辨率。

但是，以上這種基于光纖光柵法-珀干涉儀和/或光纖環行腔的高精度靜態應變測量技術方案，都存在一個關鍵的技術問題：偏振態的不穩定會讓系統解調結果出錯。因為單模光纖存在兩個正交的偏振態，每個偏振態對應于一個反射峰；實際傳感解調過程中，我們只用到其中一個反射峰，即只需要其中一個偏振模式；而兩個偏振態在外界環境擾動下的此長彼消，會讓解決結果出錯。因此，上述方案，都通過外接一個偏振控制器來控制這兩個偏振態，通過消除其中一個偏振態來保證最終解調結果不受影響；而實際中，偏振態在外界環境的擾動下會不斷發生變化。偏振控制器可以在短期保證想要的偏振輸出狀態，但是長時間后整個解調系統還是會因為偏振態的不穩定出錯。雖然，商用的偏振分析儀可以輸出穩定的偏振模式，但是這種儀器太昂貴。因此，我們需要研究一種解決方法，來解決這種基于光纖光柵法-珀干涉儀和/或光纖環行腔的高精度靜態應變解調系統中偏振態不穩定對解調結果產生影響的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的是提供一種消除偏振態影響的高精度光纖光柵傳感解調方法，并重點解決單模光纖光柵、光纖光柵法-珀干涉儀或相移光纖光柵偏振態的不穩定造成解調結果出錯的問題。

本發明的消除偏振態影響的高精度光纖光柵傳感解調方法，包括下列步驟：

求取光纖光柵反射譜S₁的兩個偏振峰之間間隔的距離a；

求取光纖光柵反射譜S₂的兩個偏振峰之間間隔的距離b；

分別求取兩路光纖光柵反射譜S₁、S₂的第K個測量周期和第K+1個測量周期的波長差λ₁、λ₂；

利用得到的波長差λ₁、λ₂來確定波長差λ₂相對于波長差λ₁的變化量Δλ，再根據變化量Δλ與偏振態的間隔距離a、b的關系，來確定波長差λ₂是否需要修正，若需要修正，則利用修正公式進行修正，最后輸出修正后的波長差R。

其中：

如果b-c＜Δλ＜b+c，則修正公式為R＝λ₂+b；

如果-a-c＜Δλ＜-a+c，則修正公式為R＝λ₂-a；