本實(shí)用新型涉及光纖傳感及檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)的偏振控制裝置。

背景技術(shù)：

隨著科技的發(fā)展與人們安防意識(shí)的增強(qiáng)，研制一種探測(cè)范圍大、能耗小、成本低的周界安全系統(tǒng)成為一個(gè)必須且迫切需要解決的問(wèn)題。分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)憑借其靈敏度高，抗電磁干擾，無(wú)需供電等優(yōu)點(diǎn)，在軍事防御、金融防護(hù)、能源安全、社區(qū)安保等安防領(lǐng)域已有了廣泛的應(yīng)用，并且在未來(lái)還將有著廣大的應(yīng)用前景。

由于光波產(chǎn)生干涉的必要條件之一就是參與干涉的光矢量振動(dòng)方向相同，即有相同的偏振方向分量。實(shí)際擾動(dòng)系統(tǒng)采用的光纖為普通單模光纖，由于單模光纖的雙折射特性，光波進(jìn)入光纖后偏振態(tài)會(huì)發(fā)生改變，導(dǎo)致線偏光的偏振態(tài)退化。在傳感領(lǐng)域，這會(huì)導(dǎo)致干涉條紋可見(jiàn)度降低，甚至干涉條紋消失，于是使系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的定位精度大大下降。

使用保偏光纖雖然能保持光的偏振態(tài)不變，但由于分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)的光纖敷設(shè)距離一般都長(zhǎng)達(dá)幾十公里，使用保偏光纖會(huì)使系統(tǒng)成本過(guò)高。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，我們必須采取另一種手段對(duì)抗系統(tǒng)中光的偏振退化，補(bǔ)償光的偏振態(tài)改變，從而盡可能地消除單模光纖的雙折射特性導(dǎo)致的系統(tǒng)定位不準(zhǔn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種應(yīng)用于分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)的偏振控制裝置，旨在不過(guò)多提高成本的情況下，解決單模光纖的雙折射特性導(dǎo)致的系統(tǒng)定位不準(zhǔn)的問(wèn)題。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種應(yīng)用于分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)的偏振控制裝置，包括光源、1X4分束器、第一環(huán)形器、第二環(huán)形器、第三環(huán)形器、第四環(huán)形器、第一光電探測(cè)器、第二光電探測(cè)器、第三光電探測(cè)器、第四光電探測(cè)器、偏振控制器、相位調(diào)制器、傳感光纜、信號(hào)處理模塊，其中：

光源連接在1X4分束器的第一端，1X4分束器的第二端分別與第一環(huán)形器、第二環(huán)形器、第三環(huán)形器、第四環(huán)形器連接；

第一環(huán)形器還與第一光電探測(cè)器連接，第二環(huán)形器還與第二光電探測(cè)器連接，第三環(huán)形器還與第三光電探測(cè)器連接，第四環(huán)形器還與第四光電探測(cè)器連接；

第一光電探測(cè)器、第二光電探測(cè)器、第三光電探測(cè)器、第四光電探測(cè)器還分別與信號(hào)處理模塊連接；

傳感光纜包括第一光纖、第二光纖，第一光纖連接在第一環(huán)形器與第三環(huán)形器之間，第二光纖連接在第二環(huán)形器與第四環(huán)形器之間；

偏振控制器串聯(lián)在第一光纖上，偏振控制器還與信號(hào)處理模塊連接；相位調(diào)制器串聯(lián)在第二光纖上，相位調(diào)制器還與信號(hào)處理模塊連接。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，信號(hào)處理模塊包括數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)和單片機(jī)，其中：

數(shù)據(jù)采集卡的輸入端分別與第一光電探測(cè)器、第二光電探測(cè)器連接，數(shù)據(jù)采集卡的輸出端與計(jì)算機(jī)連接；

計(jì)算機(jī)還與單片機(jī)連接；

單片機(jī)還分別與偏振控制器、相位調(diào)制器連接。

在上述任意實(shí)施例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，所述光源為連續(xù)單色激光器。

在上述任意實(shí)施例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，所述偏振控制器為擠壓型偏振控制器。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，所述擠壓型偏振控制器包括四個(gè)擠壓方向成45°、交錯(cuò)排列的光纖擠壓器。

在上述任意實(shí)施例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，所述相位調(diào)制器為鈮酸鋰雙折射相位調(diào)制器。

本實(shí)用新型的有益效果是：

本實(shí)用新型提供了一種應(yīng)用于分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)的偏振控制裝置，應(yīng)用本裝置能夠調(diào)整系統(tǒng)中一個(gè)傳感臂中的信號(hào)光偏振態(tài)，盡量保持兩個(gè)傳感臂中的信號(hào)光偏振態(tài)一致，從而有效地提高了分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)的抗偏振退化能力，并很大程度上消除了單模光纖雙折射對(duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)定位精度的影響，提高系統(tǒng)的定位精度。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1示出了本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種應(yīng)用于分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)的偏振控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1、光源，2、1X4分束器，301、第一環(huán)形器，302、第二環(huán)形器，303、第三環(huán)形器，304、第四環(huán)形器，5、偏振控制器，6、相位調(diào)制器，7、傳感光纜，801、第一光電探測(cè)器，802、第二光電探測(cè)器，803、第三光電探測(cè)器，804、第四光電探測(cè)器，9、數(shù)據(jù)采集卡，10、計(jì)算機(jī)，11、單片機(jī)，12、信號(hào)處理模塊。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本實(shí)用新型，并不限定本實(shí)用新型。

如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種應(yīng)用于分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)的偏振控制裝置，包括光源1、1X4分束器2、第一環(huán)形器301、第二環(huán)形器302、第三環(huán)形器303、第四環(huán)形器304、第一光電探測(cè)器801、第二光電探測(cè)器802、第三光電探測(cè)器803、第四光電探測(cè)器804、偏振控制器5、相位調(diào)制器6、傳感光纜7、信號(hào)處理模塊12，其中：

光源1連接在1X4分束器2的第一端，1X4分束器2的第二端分別與第一環(huán)形器301、第二環(huán)形器302、第三環(huán)形器303、第四環(huán)形器304連接；

第一環(huán)形器301還與第一光電探測(cè)器801連接，第二環(huán)形器302還與第二光電探測(cè)器802連接，第三環(huán)形器303還與第三光電探測(cè)器803連接，第四環(huán)形器304還與第四光電探測(cè)器804連接；

第一光電探測(cè)器801、第二光電探測(cè)器802、第三光電探測(cè)器803、第四光電探測(cè)器804還分別與信號(hào)處理模塊12連接；

傳感光纜7包括第一光纖701、第二光纖702，第一光纖701連接在第一環(huán)形器301與第三環(huán)形器303之間，第二光纖702連接在第二環(huán)形器302與第四環(huán)形器304之間；

偏振控制器5串聯(lián)在第一光纖701上，偏振控制器5還與信號(hào)處理模塊12連接；相位調(diào)制器6串聯(lián)在第二光纖702上，相位調(diào)制器6還與信號(hào)處理模塊12連接。

本實(shí)用新型實(shí)施例在雙馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，引入了信號(hào)處理模塊12、偏振控制器5和相位調(diào)制器6，應(yīng)用本裝置進(jìn)行偏振控制時(shí)的使用場(chǎng)景可以是這樣的：給相位調(diào)制器6施加一定頻率和幅值的正弦波，作為參考信號(hào)；信號(hào)處理模塊12獲取分布式光纖擾動(dòng)定位系統(tǒng)中光電探測(cè)器801、802、803、804接收到的信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理，利用模擬退火算法對(duì)施加到偏振控制器5上的最佳調(diào)制電壓值進(jìn)行搜索，獲取兩路信號(hào)差值最小時(shí)對(duì)應(yīng)的偏振控制器的調(diào)制電壓值；采用該電壓值對(duì)偏振控制器5進(jìn)行控制，可使兩路信號(hào)差值達(dá)到最小，從而補(bǔ)償光的偏振態(tài)改變，完成分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)的偏振控制過(guò)程。本實(shí)用新型實(shí)施例能夠調(diào)整系統(tǒng)中一個(gè)傳感臂中的信號(hào)光偏振態(tài)，盡量保持兩個(gè)傳感臂中的信號(hào)光偏振態(tài)一致，從而有效地提高了分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)的抗偏振退化能力，并很大程度上消除了單模光纖雙折射對(duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)定位精度的影響，提高系統(tǒng)的定位精度。

本實(shí)用新型實(shí)施例對(duì)信號(hào)處理模塊不做限定，在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，信號(hào)處理模塊可以包括數(shù)據(jù)采集卡9、計(jì)算機(jī)10和單片機(jī)11，其中：數(shù)據(jù)采集卡9的輸入端分別與第一光電探測(cè)器801、第二光電探測(cè)器802連接，數(shù)據(jù)采集卡9的輸出端與計(jì)算機(jī)10連接；計(jì)算機(jī)10還與單片機(jī)11連接；單片機(jī)11還分別與偏振控制器5、相位調(diào)制器6連接。數(shù)據(jù)采集卡9對(duì)第一光電探測(cè)器801和第二光電探測(cè)器802輸入的電壓信號(hào)進(jìn)行采集，并送入計(jì)算機(jī)10處理；計(jì)算機(jī)10中的軟件編程實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集卡9發(fā)送的采集信號(hào)的處理，以實(shí)現(xiàn)最佳調(diào)制電壓的迭代搜索，并將搜索到的最佳調(diào)制電壓通過(guò)單片機(jī)11反饋到偏振控制器5和相位調(diào)制器6；單片機(jī)11通過(guò)與計(jì)算機(jī)10進(jìn)行通信，可以輸出數(shù)字信號(hào)直接控制偏振控制器5，輸出正弦波信號(hào)對(duì)相位調(diào)制器6進(jìn)行調(diào)制。

本實(shí)用新型實(shí)施例對(duì)光源1不做限定，在上述任意實(shí)施例的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述光源1可以為連續(xù)單色激光器。

本實(shí)用新型實(shí)施例對(duì)偏振控制器5不做限定，在上述任意實(shí)施例的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述偏振控制器5可以為擠壓型偏振控制器。在此基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述擠壓型偏振控制器可以包括四個(gè)擠壓方向成45°、交錯(cuò)排列的光纖擠壓器?？刂七^(guò)程中，使用其中前兩個(gè)光纖擠壓器，對(duì)其施加不同組合的電壓，能夠?qū)斎牍獠ǖ钠駪B(tài)進(jìn)行不同的調(diào)制，從而輸出不同偏振態(tài)的光波；將該擠壓型偏振控制器串聯(lián)在基本分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)傳感光纖的其中一路，例如第一光纖701上，通過(guò)調(diào)制該路光信號(hào)的偏振態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)的偏振控制。

本實(shí)用新型對(duì)相位調(diào)制器的材質(zhì)不做限定，可以選用鈮酸鋰(LiNbO3)、砷化鎵(GaAs)或聚合物(Polymer)等作為相位調(diào)制器的材料，在上述任意實(shí)施例的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述相位調(diào)制器可以為鈮酸鋰雙折射相位調(diào)制器。砷化鎵和聚合物調(diào)制器中的光波導(dǎo)為帶脊波導(dǎo)，其與單模光纖光連接的損耗比鈮酸鋰波導(dǎo)與單模光纖要大得多，聚合物調(diào)制器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性也不理想，因此本發(fā)明實(shí)施例可以選用鈮酸鋰調(diào)制器，鈮酸鋰雙折射相位調(diào)制器由鈦擴(kuò)散工藝制作光波導(dǎo)，輸入輸出光纖與波導(dǎo)精密斜耦合，利用鈮酸鋰材料的電光效應(yīng)對(duì)通過(guò)光波導(dǎo)的TE、TM模光信號(hào)實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制。

需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本實(shí)用新型中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合；另外，本實(shí)用新型涉及的功能、算法、方法等僅僅是現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)適應(yīng)性應(yīng)用，因此，本實(shí)用新型對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)，實(shí)質(zhì)在于硬件之間的連接關(guān)系，而非針對(duì)功能、算法、方法本身，也即本實(shí)用新型雖然涉及一點(diǎn)功能、算法、方法，但并不包含對(duì)功能、算法、方法本身提出的改進(jìn)，本實(shí)用新型對(duì)于功能、算法、方法的描述，是為了更好的說(shuō)明本實(shí)用新型，以便于更好的理解本實(shí)用新型。

盡管本實(shí)用新型已進(jìn)行了一定程度的描述，明顯地，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的條件下，可進(jìn)行各個(gè)條件的適當(dāng)變化?？梢岳斫?，本實(shí)用新型不限于所述實(shí)施方案，而歸于權(quán)利要求的范圍，其包括所述每個(gè)因素的等同替換。