消除偏振态影响的高精度光纤光栅传感解调方法技术

本发明专利技术公开了一种消除偏振态影响的高精度光纤光栅传感解调方法，包括下列步骤：求取光纤光栅反射谱S1的两个偏振峰之间间隔的距离a；求取光纤光栅反射谱S2的两个偏振峰之间间隔的距离b；分别求取两路光纤光栅反射谱S1、S2的第K个测量周期和第K+1个测量周期的波长差λ1、λ2；利用得到的波长差λ1、λ2来确定波长差λ2相对于波长差λ1的变化量Δλ，再根据变化量Δλ与偏振态的间隔距离a、b的关系，来确定波长差λ2是否需要修正，若需要修正，则利用相应的修正公式进行修正，最后输出修正后的波长差R。本发明专利技术的高精度光纤光栅传感解调方法，能够有效地解决单模光纤中偏振态不稳定造成解调结果出错的问题。

【技术实现步骤摘要】
消除偏振态影响的高精度光纤光栅传感解调方法
本专利技术涉及光纤传感
，尤其涉及一种消除偏振态影响的高精度光纤光栅传感解调方法。
技术介绍
光纤传感技术是20世纪70年代伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的。光纤的工作频带宽，动态范围大，适合遥测遥控，是一种优良的低损耗传输线。在一定条件下，也是一种优良的敏感元件。鉴于此，各种类型的光纤传感器孕育而生，并且在各个领域得到了广泛的应用。目前利用光纤光栅传感器检测地壳形变是一种很有前途的检测技术。被观测的地壳应变量是准静态的，属于准静态应变量测量的范围，为了获得这种静态应变量的测量，人们提出了利用参考光纤光栅的方法消除环境温度和噪声的影响，即在静态应变传感测量系统中设置一个不受应变作用的光纤光栅对环境温度和噪声进行补偿，同时通过解调算法计算参考和应变光纤光栅传感器的中心波长差来得到应变信息。如日本东京大学提出的基于窄线宽激光器和光纤光栅的超高分辨率静态应变测量方案(Q.W.Liu.Anultra-high-resolutionFBGstatic-strainsensorforgeophysisapplications.Proc.ofSPIE，Vol.7653，76530W，2010)。为了进一步提高这个技术方案的应变测量分辨率，要求光纤光栅具有更窄的带宽。为此，日本东京大学又提出了多种技术方案，采用光纤光栅法-珀干涉仪(比光纤光栅具有更窄的带宽)来实现更高精度的静态应变测量(Q.W.Liu.Ultra-high-resolutionlarge-dynamic-rangeopticalfiberstaticstrainsensorusingPound-Drever-Halltechnique.Opticsletters，36(20)，4044-4046，2011)。与此同时，刘庆文在其专利号为CN202853879U、CN203100689U、CN102818695A等专利中，也提出了利用一个参考的光纤环形腔和一个传感光纤光栅的方案来检测应变，该方案也具有较大的应变测量动态范围和较高的应变测量分辨率。但是，以上这种基于光纤光栅法-珀干涉仪和/或光纤环行腔的高精度静态应变测量技术方案，都存在一个关键的技术问题：偏振态的不稳定会让系统解调结果出错。因为单模光纤存在两个正交的偏振态，每个偏振态对应于一个反射峰；实际传感解调过程中，我们只用到其中一个反射峰，即只需要其中一个偏振模式；而两个偏振态在外界环境扰动下的此长彼消，会让解决结果出错。因此，上述方案，都通过外接一个偏振控制器来控制这两个偏振态，通过消除其中一个偏振态来保证最终解调结果不受影响；而实际中，偏振态在外界环境的扰动下会不断发生变化。偏振控制器可以在短期保证想要的偏振输出状态，但是长时间后整个解调系统还是会因为偏振态的不稳定出错。虽然，商用的偏振分析仪可以输出稳定的偏振模式，但是这种仪器太昂贵。因此，我们需要研究一种解决方法，来解决这种基于光纤光栅法-珀干涉仪和/或光纤环行腔的高精度静态应变解调系统中偏振态不稳定对解调结果产生影响的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的是提供一种消除偏振态影响的高精度光纤光栅传感解调方法，并重点解决单模光纤光栅、光纤光栅法-珀干涉仪或相移光纤光栅偏振态的不稳定造成解调结果出错的问题。本专利技术的消除偏振态影响的高精度光纤光栅传感解调方法，包括下列步骤：求取光纤光栅反射谱S1的两个偏振峰之间间隔的距离a；求取光纤光栅反射谱S2的两个偏振峰之间间隔的距离b；分别求取两路光纤光栅反射谱S1、S2的第K个测量周期和第K+1个测量周期的波长差λ1、λ2；利用得到的波长差λ1、λ2来确定波长差λ2相对于波长差λ1的变化量Δλ，再根据变化量Δλ与偏振态的间隔距离a、b的关系，来确定波长差λ2是否需要修正，若需要修正，则利用修正公式进行修正，最后输出修正后的波长差R。其中：如果b-c＜Δλ＜b+c，则修正公式为R＝λ2+b；如果-a-c＜Δλ＜-a+c，则修正公式为R＝λ2-a；如果-a+b-c＜Δλ＜-a+b+c，则修正公式为R＝λ2+b-a；其中，c为Δλ的阈值范围，根据经验预先设定。其中，可调谐激光器具有窄线宽和大可调谐范围，光纤光栅也具有窄带宽。其中，所述光纤光栅反射谱S1、S2通过光纤光栅法珀式干涉仪或相移光纤光栅获得。其中，所述的光纤光栅反射谱S1、S2对应的两个光纤光栅处于温度相对恒定、噪声小的环境中。其中，对于光纤光栅反射谱S1的两个偏振峰之间间隔的距离a、光纤光栅反射谱S2的两个偏振峰之间间隔的距离b和两路光纤光栅反射谱S1、S2的第K个测量周期和第K+1个测量周期的波长差λ1、λ2，求取其数值的先后顺序不予限定。从上述技术方案可以看出，本专利技术的消除偏振态影响的高精度光纤光栅传感解调方法，能够通过修正公式的修正，有效地解决单模光纤中偏振态不稳定造成解调结果出错的问题，得到高精度的解调结果。附图说明图1为本专利技术的一种消除偏振态影响的高精度光纤光栅传感解调方法的流程图；图2为本专利技术的两路光纤光栅反射谱的实测图(每一路都含有两个偏振峰)；图3为本专利技术的第一种光纤光栅反射谱及消除偏振态变化的解调方法的示意图；图4为本专利技术的第二种光纤光栅反射谱及消除偏振态变化的解调方法的示意图；图5为本专利技术的第三种光纤光栅反射谱及消除偏振态变化的解调方法的示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术提供一种消除偏振态影响的高精度光纤光栅低频应变的传感解调算法的基本原理如下：假设参考和传感光纤传感器(以光纤光栅法-珀传感器为例)的反射谱分别为x(t)、y(t)，并且每个反射谱有两个偏振峰。参考光纤传感器反射谱S1的两个偏振峰之间的距离为a，传感光纤传感器反射谱S2的两个偏振峰之间的距离为b，并且在整个检测过程中a、b的值是定值。首先根据通常的算法(以寻峰检测算法为例)计算出第K个测量周期的两路光纤光栅反射谱S1、S2的波长差，此波长差即为是参考光纤光栅反射谱S1的最大峰值位置和传感光纤光栅反射谱S2的最大峰值位置的差值，记作λ1。接着计算出第K+1个测量周期的两路光纤光栅反射谱S1、S2的波长差，此波长差即为是参考光纤光栅反射谱S1的最大峰值位置和传感光纤光栅反射谱S2的最大峰值位置的差值，记作λ2。此时，由于偏振态的变化会导致最大峰值的位置从一个偏振峰变到另一个偏振峰的位置上，因此λ2是否能正确的反映外界的应变量的大小不可知，因此需要一个判断标准，并作出相应的修正或不予以修正。根据所得到的波长差λ1、λ2，求解出相邻两个测量周期的波长差的变化量Δλ，则Δλ＝λ1-λ2(1)如果在偏振态没有变化的情况下，最终得到的解调结果不需要修正就可以正确的反映出外界应变量的大小，由于是检测的静态的地壳形变量，此时的Δλ值很小(与a、b、|a-b|和a+b相比是很小的)。然后根据该特性和所得到的两个偏振态的间距a、b来判断Δλ跟a和b之间的关系，从而可以得知第K+1个测量周期的波长差是否需要修正，若需要修正根据相应的修正公式来进行修正，最后输出正确的解调结果。进而可推导出光纤光栅收到的外界的应变量的大小。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种消除偏振态影响的高精度光纤光栅传感解调方法，包括下列步骤：求取光纤光栅反射谱S1的两个偏振峰之间间隔的距离a；求取光纤光栅反射谱S2的两个偏振峰之间间隔的距离b；分别求取两路光纤光栅反射谱S1、S2的第K个测量周期和第K+1个测量周期的波长差λ1、λ2；利用得到的波长差λ1、λ2来确定波长差λ2相对于波长差λ1的变化量Δλ，再根据变化量Δλ与偏振态的间隔距离a、b的关系，来确定波长差λ2是否需要修正，若需要修正，则利用修正公式进行修正，最后输出修正后的波长差R。

【技术特征摘要】
1.一种消除偏振态影响的高精度光纤光栅传感解调方法，包括下列步骤：求取光纤光栅反射谱S1的两个偏振峰之间间隔的距离a；求取光纤光栅反射谱S2的两个偏振峰之间间隔的距离b；分别求取两路光纤光栅反射谱S1、S2的第K个测量周期和第K+1个测量周期的波长差λ1、λ2；利用得到的波长差λ1、λ2来确定波长差λ2相对于波长差λ1的变化量Δλ，再根据变化量Δλ与偏振态的间隔距离a、b的关系，来确定波长差λ2是否需要修正，若需要修正，则利用如下波长差修正公式进行修正，最后输出修正后的波长差R：如果b-c＜Δλ＜b+c，则波长差修正公式为R＝λ2+b；如果-a-c＜Δλ＜-a+c，则波长差修正公式为R＝λ2-a；如果-a+b-c＜Δλ＜-a+b+c，则波长差修正公式为R＝λ2+b-a；其中，c为...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄稳柱，张文涛，甄腾坤，李芳，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11