保偏光纤的轴向应变-双折射系数的测量系统及测量和计算方法技术方案

本发明专利技术公开一种保偏光纤的轴向应变‑双折射系数的测量系统及测量和计算方法，所述系统包括：分布式偏振串扰分析系统、输出保偏光纤、待测保偏光纤、输入保偏光纤、第一光纤应力调节架、第二光纤应力调节架、带指针的第一读数显微镜、带指针的第二读数显微镜；分布式偏振串扰分析系统的输出端口与所述输出保偏光纤的第一端连接；所述输入保偏光纤的第二端与所述分布式偏振串扰分析系统的输入端口连接；输出保偏光纤的第二端与所述待测保偏光纤的第一端连接，且在输出保偏光纤与所述待测保偏光纤的连接处引入第一预设串扰峰；所述待测保偏光纤的第二端与所述输入保偏光纤的第一端连接，且在待测保偏光纤与输入保偏光纤的连接处引入第二预设串扰峰。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及保偏光纤参数测量领域，特别涉及一种保偏光纤的轴向应变-双折射系数的测量系统及测量和计算方法。
技术介绍
保偏光纤(又称偏振保持光纤)是一种人为引入高双折射的特种光纤，通常是通过在光纤包层中加入应力区制成的，使得光纤纤芯在横向两个相互正交的方向上具有不同的折射率，其中折射率高的称作慢轴、折射率低的称作快轴，使得光纤中沿两个方向传输的线偏振光波的偏振态在传输过程中可以保持不变。保偏光纤具有抗电磁干扰和原子辐射的物理性能，具有径细、质软、重量轻的机械性能，具有绝缘、无感应的电气性能，还具有耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等。经过多年的发展，已经出现了一些典型结构的商用化保偏光纤产品。现在市场上的主流保偏光纤均为应力致偏型的高双折射保偏光纤，主要结构有熊猫型保偏光纤、领结型保偏光纤、椭圆包层型保偏光纤等。应力致偏型保偏光纤的双折射的形成原因是因为应力区和包层区的材料不同所具有的不同的热膨胀系数，在光纤制作过程中，由于材料从高温到低温冷却所需的时间不同，导致纤芯出现双折射。因此，双折射也自然成为保偏光纤自身最重要的参量。如今，保偏光纤在光纤传感、光纤激光和相干光通信等领域已经得到了较广泛的应用。目前，保偏光纤在光纤传感上的应用主要是基于偏振串扰(也叫偏振模耦合)分析原理实现分布式光纤传感。当保偏光纤上某点受到横向压力作用时，两个正交偏振主轴上的光波会发生能量交换，通过测量和分析两个偏振主轴上光波到达接收端的延时差及串扰量值即可得到压力发生的位置和大小等信息。然而，目前对于保偏光纤分布式轴向应变传感的研究较少，主要是因为轴向应变不容易引起偏振模耦合，需要通过研究得到合理的转换方法将轴向应变有效转换为横向压力才能实现对轴向应变的准确传感。而在分布式轴向应变传感研究中，除了研究轴向应变向横向压力的有效转换外，研究保偏光纤的折射率随轴向应变的变化关系也是至关重要的，也就是说保偏光纤轴向应变-双折射系数的测量准确性直接会影响到轴向应变传感的精度和准确性。轴向应变引起保偏光纤双折射变化的原因是因为应力区和包层区材料不同而具有的泊松比不同，当保偏光纤发生轴向应变时，两部分材料泊松比将表现出不同的变化规律，从而产生附加双折射，导致保偏光纤的双折射发生变化。截止目前，国内外对于保偏光纤轴向应变-双折射系数测量的文献鲜有报道，主要是因为还没有有效和可以准确进行该系数测量的技术被提出或应用。已提出的一些可以进行保偏光纤双折射测量并有望用来进行保偏光纤轴向应变-双折射系数测量的方法基本上都不能实现对某一段特定的保偏光纤进行该参数的测量，因为这些方法须将待测光纤接入(通常是跳线连接或者熔接)测量系统后通过拉伸测量和计算该系数，处理过程中却不能将待测光纤两边接入的光纤跳线或尾纤、光纤夹具等带入的误差排除掉。
技术实现思路
本专利技术提供了一种保偏光纤的轴向应变-双折射系数的测量系统及测量和计算方法，能够提高保偏光纤的轴向应变-双折射系数的计算的准确度。一种保偏光纤的轴向应变-双折射系数的测量系统，包括：分布式偏振串扰分析系统、输出保偏光纤、待测保偏光纤、输入保偏光纤、第一光纤应力调节架、第二光纤应力调节架、带指针的第一读数显微镜、带指针的第二读数显微镜；所述分布式偏振串扰分析系统的输出端口与所述输出保偏光纤的第一端连接；所述输入保偏光纤的第二端与所述分布式偏振串扰分析系统的输入端口连接；所述输出保偏光纤的第二端与所述待测保偏光纤的第一端连接，且在所述输出保偏光纤与所述待测保偏光纤的连接处引入第一预设串扰峰；所述待测保偏光纤的第二端与所述输入保偏光纤的第一端连接，且在所述待测保偏光纤与所述输入保偏光纤的连接处引入第二预设串扰峰；所述待测保偏光纤与所述输出保偏光纤的连接处设置有第一应变量测量监测点；所述待测保偏光纤与所述输入保偏光纤的连接处设置有第二应变量测量监测点；所述第一光纤应力调节架和所述第二光纤应力调节架分别设置在所述待测保偏光纤的两侧，用于对所述待测保偏光纤进行轴向拉伸；所述带指针的第一读数显微镜的指针指向所述第一应变量测量监测点，用于读取所述第一应变量测量监测点的轴向位移变化量；所述带指针的第二读数显微镜的指针指向所述第二应变量测量监测点，用于读取所述第二应变量测量监测点的轴向位移变化量；所述分布式偏振串扰分析系统，用于测量得到所述待测保偏光纤上的第一预设串扰峰和第二预设串扰峰之间的初始延迟距离差ΔZ0。一种保偏光纤的轴向应变-双折射系数的测量及计算方法，所述方法包括：步骤1，计算得到待测保偏光纤的原始双折射Δn0；步骤2，利用第一光纤应力调节架和第二光纤应力调节架，对所述待测保偏光纤进行至少两次轴向拉伸，从而得到至少两组所述待测保偏光纤轴向应变后的双折射Δn和对应的轴向应变量Δε的数据；步骤3，依据至少两组所述待测保偏光纤的双折射Δn和对应的轴向应变量Δε的数据以及所述待测保偏光纤的原始双折射Δn0，生成双折射变化量δΔn与轴向应变量Δε之间的关系曲线图，并对所述关系曲线图进行最小二乘法直线拟合，生成拟合直线方程；步骤4，依据所述拟合直线方程，得到所述待测保偏光纤的轴向应变-双折射系数γ。本专利技术提供的系统和方法，可以对任意保偏光纤的轴向应变-双折射系数进行准确测量，最大程度减少了引入其他连接光纤或系统组件可能引起的测量误差的可能性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术所述的基于分布式偏振串扰分析原理进行保偏光纤轴向应变-双折射系数的测量系统示意图，其中：101、分布式偏振串扰分析系统，102、输出保偏光纤，103、待测保偏光纤，104、输入保偏光纤，105、第一光纤应力调节架，106、第二光纤应力调节架，107、带指针的第一读数显微镜，108、带指针的第二读数显微镜，109、第一应变量测量监测点，110、第二应变量测量监测点；图2为本专利技术中分布式偏振串扰分析系统及工作原理示意图，其中：201、超辐射发光二极管，202、起偏振，203、检偏器，204、入射光接口，205、出射光接口，206、保偏光纤，207、静反射镜，208、动反射镜，209、分束镜，210、光电探测器，211、数据采集卡，212、计算机处理系统，213、伺服电机；图3为本专利技术中测量得到的分布式偏振串扰量(dB)-延迟距离(mm)关系曲线图，其中：301、第一预设串扰峰，302、第二预设串扰峰；图4为本专利技术中带指针的第一读数显微镜107视野区图，其中：109、第一应变量测量监测点，401、读数显微镜指针；图5为本专利技术所述的保偏光纤轴向应变-双折射系数测量实验数据的测量及计算方法的一实施例的流程图；图6为本专利技术所述的保偏光纤轴向应变-双折射系数测量实验数据的测量及计算方法的另一实施例的流程图；图7为本专利技术中熊猫型保偏光纤横截面示意图；图8为本专利技术中熊猫型保偏光纤轴向应变-双折射系数测量结果图；图9为本专利技术中领结型保偏光纤横截面示意图；图10为本专利技术中领结型保偏光纤轴向应变-双折射系数测量结果图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种保偏光纤的轴向应变‑双折射系数的测量系统，其特征在于，包括：分布式偏振串扰分析系统、输出保偏光纤、待测保偏光纤、输入保偏光纤、第一光纤应力调节架、第二光纤应力调节架、带指针的第一读数显微镜、带指针的第二读数显微镜；所述分布式偏振串扰分析系统的输出端口与所述输出保偏光纤的第一端连接；所述输入保偏光纤的第二端与所述分布式偏振串扰分析系统的输入端口连接；所述输出保偏光纤的第二端与所述待测保偏光纤的第一端连接，且在所述输出保偏光纤与所述待测保偏光纤的连接处引入第一预设串扰峰；所述待测保偏光纤的第二端与所述输入保偏光纤的第一端连接，且在所述待测保偏光纤与所述输入保偏光纤的连接处引入第二预设串扰峰；所述待测保偏光纤与所述输出保偏光纤的连接处设置有第一应变量测量监测点；所述待测保偏光纤与所述输入保偏光纤的连接处设置有第二应变量测量监测点；所述第一光纤应力调节架和所述第二光纤应力调节架分别设置在所述待测保偏光纤的两侧，用于对所述待测保偏光纤进行轴向拉伸；所述带指针的第一读数显微镜的指针指向所述第一应变量测量监测点，用于读取所述第一应变量测量监测点的轴向位移变化量；所述带指针的第二读数显微镜的指针指向所述第二应变量测量监测点，用于读取所述第二应变量测量监测点的轴向位移变化量；所述分布式偏振串扰分析系统，用于测量得到所述待测保偏光纤上的第一预设串扰峰和第二预设串扰峰之间的初始延迟距离差ΔZ0。...

【技术特征摘要】
1.一种保偏光纤的轴向应变-双折射系数的测量系统，其特征在于，包括：分布式偏振串扰分析系统、输出保偏光纤、待测保偏光纤、输入保偏光纤、第一光纤应力调节架、第二光纤应力调节架、带指针的第一读数显微镜、带指针的第二读数显微镜；所述分布式偏振串扰分析系统的输出端口与所述输出保偏光纤的第一端连接；所述输入保偏光纤的第二端与所述分布式偏振串扰分析系统的输入端口连接；所述输出保偏光纤的第二端与所述待测保偏光纤的第一端连接，且在所述输出保偏光纤与所述待测保偏光纤的连接处引入第一预设串扰峰；所述待测保偏光纤的第二端与所述输入保偏光纤的第一端连接，且在所述待测保偏光纤与所述输入保偏光纤的连接处引入第二预设串扰峰；所述待测保偏光纤与所述输出保偏光纤的连接处设置有第一应变量测量监测点；所述待测保偏光纤与所述输入保偏光纤的连接处设置有第二应变量测量监测点；所述第一光纤应力调节架和所述第二光纤应力调节架分别设置在所述待测保偏光纤的两侧，用于对所述待测保偏光纤进行轴向拉伸；所述带指针的第一读数显微镜的指针指向所述第一应变量测量监测点，用于读取所述第一应变量测量监测点的轴向位移变化量；所述带指针的第二读数显微镜的指针指向所述第二应变量测量监测点，用于读取所述第二应变量测量监测点的轴向位移变化量；所述分布式偏振串扰分析系统，用于测量得到所述待测保偏光纤上的第一预设串扰峰和第二预设串扰峰之间的初始延迟距离差ΔZ0。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述待测保偏光纤与所述输出保偏光纤的连接处设置有第一应变量测量监测点具体为：所述待测保偏光纤与所述输出保偏光纤使用保偏光纤熔接机进行熔接连接后，使用光纤涂覆机进行重涂覆，生成的新涂覆层的左侧边界作为第一应变量测量监测点；所述待测保偏光纤与所述输入保偏光纤的连接处设置有第二应变量测量监测点具体为：所述待测保偏光纤与所述输入保偏光纤使用保偏光纤熔接机进行熔接连接后，使用光纤涂覆机进行重涂覆，生成的新涂覆层的左侧边界作为第二应变量测量监测点。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述输出保偏光纤与所述待测保偏光纤的连接处引入第一预设串扰峰具体为：所述输出保偏光纤通过与所述待测保偏光纤熔接连接后引入第一预设串扰峰；所述待测保偏光纤与所述输入保偏光纤的连接处引入第二预设串扰峰具体为：所述待测保偏光纤通过与所述输入保偏光纤熔接连接后引入第二预设串扰峰；所述分布式偏振串扰分析系统还用于，测量所述第一预设串扰峰和所述第二预设串扰峰之间的延迟距离差ΔZ。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分布式偏振串扰分析系统的输出端口与所述输出保偏光纤的第一端连接具体为：所述分布式偏振串扰分析系统的输出端口与所述输出保偏光纤的第一端通过光纤连接器连接；所述输入保偏光纤的第二端与所述分布式偏振串扰分析系统的输入端口连接具...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯亭，丁东亮，姚晓天，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：河北;13