[發明專利]一種基于光纖光柵斯托克斯參量的動態壓力檢測系統以及方法

有效

• 申請號: 201610154872.2
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN105698986B
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 蘇洋;朱勇;周華;張寶富
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍理工大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 北京思創大成知識產權代理有限公司 11614
• 代理人: 王堯

一種基于光纖光柵斯托克斯參量的動態壓力檢測系統以及方法，它包括可調諧激光器、電動偏振控制器、傳感光纖光柵、偏振檢測模塊、信號處理模塊、反饋模塊和顯示單元，可調諧激光器發出一定波長的激光送入電動偏振控制器進入傳感光纖光柵，在線偏振檢測模塊采集從傳感光纖光柵中透射的光，輸出至信號處理模塊，得到透射光偏振態的三個斯托克斯參量，信號處理模塊反饋至電動偏振控制器調整入射光偏振態。本發明利用光纖光柵在外加壓力作用下產生線雙折射，導致透射光的三個參量發生變化，采用單波長源實現對動態壓力大小的實時傳感，克服了傳統方法不適合小壓力傳感的缺點，以及基于光柵偏振參量最大值傳感方法不適合于動態壓力傳感的缺點。

技術領域

本發明涉及為光纖傳感技術領域，尤其是一種利用光纖光柵透射光的斯托克斯參量對壓力進行實時監測的光纖傳感設備。

背景技術

當光纖受到外界環境(溫度、應力、磁場、壓力等)影響時，光纖中傳輸光的強度、相位、頻率、偏振態等參量會相應的發生變化。通過檢測傳輸光的這些參量便可獲知相應物理量的變化，這種技術稱為光纖傳感技術。

光纖光柵作為一種成熟的全光纖器件，由于其本身具有的體積小，插入損耗低，易于與其他光纖器件集成等特點，在光纖通信和光纖傳感領域中有著非常重要的應用，目前多數是利用波長偏移量進行溫度傳感和應力傳感。其測量原理主要是利用外界參量變化引起的光纖光柵的折射率或光柵周期的變化從而導致布拉格波長發生偏移，通過測量偏移量達到傳感的目的。

現有利用光纖光柵對壓力的測量主要是光纖布拉格光柵在壓力負載條件下的諧振波長分裂，通過對x偏振光和y偏振光幅度譜中心波長的偏移量檢測外在壓力。這種方法在壓力較小時，總幅度譜很難察覺到兩種本征模中心波長的差別，檢測較為困難。而一般基于偏振參量的測量方法主要是通過檢測偏振參量譜在光柵阻帶波長范圍內的最大值，實時性較差。

發明內容

本發明的目的是提供一種新穎的基于三個斯托克斯參量測量的、靈敏度和動態范圍可調節的動態壓力檢測系統以及方法。

本發明的技術方案是：

一種基于光纖光柵斯托克斯參量的動態壓力檢測系統，它包括可調諧激光器、電動偏振控制器、傳感光纖光柵、偏振檢測模塊、信號處理模塊、反饋模塊和顯示單元，所述的可調諧激光器發出一定波長的激光送入電動偏振控制器，電動偏振控制器輸出一定偏振態的光進入傳感光纖光柵，在線偏振檢測模塊采集從傳感光纖光柵中透射的光，在線偏振檢測模塊的信號輸出端與信號處理模塊的信號輸入端相連，得到透射光偏振態的三個斯托克斯參量s1，s2和s3，信號處理模塊的顯示信號端與顯示模塊的信號輸入端相連，同時信號處理模塊的反饋信號輸出端與反饋模塊的信號輸入端相連，反饋模塊的信號輸出端與電動偏振控制器的對應信號輸入端相連，用于調整入射光偏振態。

本發明的可調諧激光器和電動偏振控制器之間串接光隔離器，所述的光隔離器用于隔離并減少傳感光纖光柵和各光器件接頭上的反射信號的影響。

本發明的傳感光纖光柵的長度、折射率調制系數均可調，長度范圍是5毫米到5厘米，折射率調制系數由光纖光柵制作過程的曝光時間確定。

一種基于光纖光柵斯托克斯參量的動態壓力檢測方法，應用基于光纖光柵斯托克斯參量的動態壓力檢測系統，它包括以下步驟：

S1、制作傳感光纖光柵測量其透射譜，得到中心波長以及阻帶的波長范圍，選擇測量波長λ_p，所述的λ_p在透射譜斜邊1/2處至阻帶邊緣區域；

S2、采用可調諧激光器發出波長為λ_p的激光至電動偏振控制器；

S3、將經過電動偏振控制器的激光發送至傳感光纖光柵；