[發明專利]基于圓偏振光干涉的自發布里淵散射光纖傳感方法與裝置

有效

• 申請號: 201811223809.5
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109211289B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 魏正軍;唐敏;關洪果;陶志遠;管曉軍;王金東;張智明;郭健平
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G01K11/322;G01L1/24
• 代理公司: 廣州容大知識產權代理事務所(普通合伙) 44326
• 代理人: 劉新年;潘素云

本發明公開了一種基于圓偏振光干涉的自發布里淵散射光纖傳感方法與裝置。窄線寬激光器發出的連續激光信號經過第一光分束耦合器分為兩路。第一路被電光強度調制器轉換為脈沖光信號后，經過環形器輸入傳感光纖中傳輸，在傳輸路徑上產生頻移與被測物理量相關聯的后向散射光信號。第二路光信號經過偏振控制器將線偏振光轉化為圓偏振光后，輸入第二光分束耦合器，與經過環形器的后向散射光信號發生干涉，干涉后的光信號經過平衡探測器轉化為電信號，再由混頻器和濾波器通過電域掃頻獲得后向散射光信號布里淵頻移和強度信息，最終獲得傳感光纖的物理量變化。本發明克服了現有自發布里淵散射光纖傳感方法偏振失配的問題，能夠獲得穩定的干涉信號輸出。

技術領域

本發明涉及光纖傳感技術領域，具體涉及一種基于圓偏振光干涉的自發布里淵散射光纖傳感方法與裝置。

背景技術

光纖傳感技術中光纖不僅作為傳輸光的通道，而且也作為感知單元。目前基于散射原理的分布式光纖傳感系統主要基于瑞利散射、拉曼散射和布里淵散射三種散射技術。其中利用布里淵散射的分布式光纖傳感系統能夠檢測應變和溫度兩種物理量且布里淵散射分為自發布里淵散射和受激布里淵散射，基于此本發明是基于自發布里淵散射的光纖傳感系統。

目前布里淵散射的分布式光纖傳感系統主要有涉及到三種技術：布里淵光時域反射技術、布里淵光時域分析技術、布里淵光頻域分析技術。

在涉及到自發布里淵散射光纖傳感時，該光纖傳感系統主要是基于布里淵光時域反射技術。其中光信號在傳感光纖中傳輸時會產生布里淵散射，與此同時光信號發生了布里淵頻移。當外界溫度變化或者傳感光纖受到應力變化時，布里淵頻移會產生相應的變化，其變化量與溫度變化量或者應力變化量均成線性關系。

如上所述，應變和溫度的變化對于布里淵頻移的變化關系如下：

在一定溫度T₀下，應變和頻移的關系式：

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分別是折射率、楊氏模量、介質密度、泊松比的變化量，這些變化量在傳感光纖中為常數。基于上述(1)式可知，在一定溫度下，應變和布里淵頻移是線性關系。

同樣地，在應變ε為零的情況下，溫度變化量和頻移的關系式：

υ(T,0)＝υ(T₀,0)[1+(Δn+ΔE+Δρ+ΔK)ΔT] (2)

其中Δn、ΔE、Δρ、ΔK在應變為零的傳感光纖中為常量，基于上述(2)式，在應變為零時，溫度變化量和頻移變化是線性關系。

如上所述，自發布里淵散射光纖傳感系統是基于傳感光纖某一點產生的溫度和應力的變化量與布里淵頻移量成線性的關系來測量物理量變化，從而實現光纖傳感的目的。而對于布里淵頻移的測量是利用電域掃頻法得到布里淵散射譜，即先調節微波本振頻率v_O使得該頻率和布里淵頻移v_B相差在幾十兆赫茲內，然后不斷調節本振頻率使其掃描整個布里淵譜寬Δv_B，其中當本振頻率v_O等于布里淵頻移v_B時，輸出信號強度最大。基于此利用掃頻法可以獲得布里淵散射譜的頻移信息，然后通過調節微波本振頻率v_O，令整個布里淵散射譜信號能夠從低通濾波器和帶通濾波器通過，因此獲得布里淵散射譜的洛倫茲曲線，再通過對洛倫茲曲線積分得到布里淵散射光強度，最后可以得到布里淵散射的移頻和強度信息從而實現對溫度變化和應變的測量。