[發明專利]一種基于保偏光纖及FP腔的雙參量光纖傳感器

有效

• 申請號: 201910875655.6
• 申請日: 2019-09-17
• 公開（公告）號: CN110595515B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 夏歷;阮田甜
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G01D5/26
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

本發明公開了一種基于保偏光纖及FP腔的雙參量光纖傳感器，包括寬帶光源、環形器、起偏器和級聯傳感單元，環形器的第一端口與寬帶光源連接，環形器的第二端口與起偏器的一端連接，起偏器的另一端與級聯傳感單元連接，環形器的第三端口輸出干涉信號；起偏器將寬帶光源提供的光轉變為線偏振光，線偏振光經過級聯傳感單元分為不同偏振態的兩束線偏振光，分別產生偏振相關干涉和FP干涉，實現同時對外界應力和溫度的雙參量監測，傳感單元內部存在的偏振相關干涉對溫度敏感、應力不敏感，FP干涉對應力敏感、溫度不敏感，因此應用于雙參量解調時，具有無交叉串擾的優點，可以實現雙參量的同時解調。

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，更具體地，涉及一種基于保偏光纖及FP腔的雙參量光纖傳感器。

背景技術

在煤炭化工、橋梁健康、地質勘探等工業應用領域中，迫切需要能夠同時測量溫度和應力等參量的傳感系統，而隨著工業系統越來越復雜，傳統的以電為主的測量方式已經不能滿足實際需求。考慮到光纖傳感器具有抗電磁干擾、體積小、重量輕、結構簡單、便于集成、組網方便、耐腐蝕等多重優點，研究者們便開始致力于溫度、應力雙參量解調的光纖傳感技術研究。

然而，當前用于溫度、應力雙參量解調的光纖式傳感器主要有基于雙花生節的模式復用光纖傳感器、保偏光纖布拉格光柵、光子晶體光纖傳感器、保偏與多模光纖級聯的傳感器，環狀Sagnac混合干涉儀等，但是這些傳感器在實際應用中還需要考慮許多因素，諸如：傳感器的制作成本、靈敏度、緊湊性等。其中基于花生節的模式復用光纖傳感器以及保偏與多模光纖級聯結構表現為靈敏度較低，不能滿足高精度溫度探測；保偏光纖布拉格光柵制備工藝復雜，對刻寫技術有較高要求；光子晶體光纖傳感器制備成本較高；而環狀Sagnac干涉儀結構不夠緊湊。此外，上述提到的所有光纖傳感器為透射式，輸入端與出射端位于異側，不利于兩端集成，不易實現狹縫等條件下的傳感測試，同時上述傳感器實現溫度及應力雙參量傳感時還在串擾的問題，需要采用額外的敏感矩陣才能對溫度、應力兩種參量進行準確解調。

因此，研究出一種成本低、制備簡單、靈敏度高、結構緊湊、應用環境豐富、無交叉串擾的溫度、應力雙參量傳感器在目前仍然具有較高的研究與應用價值。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種基于保偏光纖及FP腔的雙參量光纖傳感器，旨在解決現有光纖傳感器在進行雙參量解調時存在的交叉串擾的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于保偏光纖及FP腔的雙參量光纖傳感器，包括寬帶光源、環形器、起偏器和級聯傳感單元，環形器的第一端口與寬帶光源連接，環形器的第二端口與起偏器的一端連接，起偏器的另一端與級聯傳感單元連接，環形器的第三端口連接光譜儀，光譜儀對級聯傳感單元傳遞的兩種疊加的干涉信號進行波長解調；

起偏器將寬帶光源提供的光轉變為線偏振光，線偏振光經過級聯傳感單元分為不同偏振態的兩束線偏振光，分別產生偏振相關干涉和FP干涉，兩干涉譜疊加后由環形器輸出至光譜儀探測。當將應力施加到FP腔時，偏振相關干涉對溫度敏感、應力不敏感，FP干涉對應力敏感、溫度不敏感。因此，對疊加干涉譜進行波長解調，可以無串擾地同時實現溫度、應力雙參量解調。

優選地，級聯傳感單元包括依次熔接的保偏光纖、第一單模光纖、空芯光纖和第二單模光纖，空芯光纖作為FP腔，第一單模光纖與空芯光纖之間的界面作為FP腔的第一反射面，空芯光纖與第二單模光纖之間的界面作為FP腔的第二反射面。

優選地，保偏光纖具有高雙折射效應，內部存在兩偏振軸，分別為快軸和慢軸，且方向垂直。

優選地，來自起偏器的線偏振光，沿保偏光纖不同軸傳輸后分為具有相位差的兩束線偏振光，兩束線偏振光在第一反射面處發生部分反射，其余光束射入空芯光纖，繼而在第二反射面處發生第二次部分反射，其余光束射入第二單模光纖，隨后輸入外界環境并被衰減；第一反射面的反射光和第二反射面的反射光之間存在相位差，兩者發生FP干涉后反射回保偏光纖中，隨后反射回起偏器。