一种光纤扰动系统偏振控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种用于分布式光纤扰动定位系统中的偏振控制装置，包括与光纤围栏一起架设在安防区域周边的传感光缆、光纤耦合器、环形器、光纤以及光源组成的双马赫—曾德光纤干涉仪。采用该装置能够有效地提高系统的抗偏振退化能力，并很大程度上消除单模光纤双折射对系统的扰动定位精度的影响。本装置所使用的模拟退火算法是一种在非线性规划问题中求取全局最优解的方法，具有较好的全局最优值搜索性能，并且也具有较高的收敛速度，能有效地解决原来基于梯度法的假收敛问题。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提出了一种用于分布式光纤扰动定位系统中的偏振控制装置，包括与光纤围栏一起架设在安防区域周边的传感光缆、光纤耦合器、环形器、光纤以及光源组成的双马赫—曾德光纤干涉仪。采用该装置能够有效地提高系统的抗偏振退化能力，并很大程度上消除单模光纤双折射对系统的扰动定位精度的影响。本装置所使用的模拟退火算法是一种在非线性规划问题中求取全局最优解的方法，具有较好的全局最优值搜索性能，并且也具有较高的收敛速度，能有效地解决原来基于梯度法的假收敛问题。【专利说明】一种光纤扰动系统偏振控制装置
本专利技术涉及一种传感及检测技术装置，尤其是一种应用于重要设施或区域光纤周界安防的光纤扰动系统偏振控制装置。
技术介绍
随着科技的发展与人们安防意识的增强，研制一种探测范围大、能耗小、成本低的周界安全系统成为一个必须且迫切需要解决的问题。分布式光纤振动传感系统凭借其灵敏度高，抗电磁干扰，无需供电等优点，在军事防御、金融防护、能源安全、社区安保等安防领域已有了广泛的应用，并且在未来还将有着广大的应用前景。由于光波产生干涉的必要条件之一就是参与干涉的光矢量振动方向相同，即有相同的偏振方向分量。实际扰动系统采用的光纤为普通单模光纤，由于单模光纤的双折射特性，光波进入光纤后偏振态会发生改变，导致线偏光的偏振态退化。在传感领域，这会导致干涉条纹可见度降低，甚至干涉条纹消失，于是使系统对扰动的定位精度大大下降。使用保偏光纤虽然能保持光的偏振态不变，但由于分布式光纤振动传感系统的光纤敷设距离一般都长达几十公里，使用保偏光纤会使系统成本过高。因此，在实际应用中，我们必须采取另一种手段对抗系统中光的偏振退化，补偿光的偏振态改变，从而尽可能地消除单模光纤的双折射特性导致的系统定位不准。
技术实现思路
本专利技术提供一种光纤扰动系统偏振控制装置，用该装置调整分布式光纤振动传感系统一臂中的信号光偏振态，可以尽量保持系统两臂中的信号光偏振态一致，从而提高系统的定位精度。 技术方案 本专利技术技术方案如图1所示，包括与光纤围栏一起架设在安防区域周边的传感光缆7及由光纤耦合器2、401、402和环形器301、302与光纤701、光纤702、光源I组成的双马赫一曾德(Mach-Zehnder)光纤干涉仪，其特征是偏振控制器5与相位调制器6被分别串接在光纤701和702上，光纤701、702被并行接在光纤耦合器401、402之中，环形器301串联在光纤耦合器401与光纤耦合器2之间，环形器302串联在光纤耦合器402与2之间，其中环形器301、302接在光纤耦合器2的同端，光源I由光纤连接在光纤耦合器2的另一端，环形器301、302输出分别连接光电探测器801、802，该两光电检测器801和光电检测器802分别连接信号处理模块12，信号处理模块12输出接偏振控制器6和相位调制器5。信号处理模块由数据采集卡、计算机和单片机组成，光电探测器、输出接入数据采集卡，数据采集卡输出连接计算机，计算机与单片机相连，单片机输出接偏振控制器。其中所述激光器I为连续单色激光器。所述光电探测器801、光电探测器802、信号处理模块12、偏振控制器6、相位调制器5均有市销产品可供选择。本专利技术的实现原理是: 在偏振控制中以分布式光纤振动传感系统中两探测器接收的两路信号的差值(两路信号差值越小，相似性越好，相关度越高)作为反馈信号，即算法的目标值，因此目标函数的最佳解为两路信号差值最小时对应的偏振控制器的外加电压值。两路信号差值在算法的作用下趋于最小，当两路信号差值满足迭代终止条件时停止搜索，并把最佳解对应的电压值写入偏振控制器，从而完成偏振控制过程。该偏振控制方法的流程如下: 第一、给传感系统一臂上的相位调制器施加一定频率和幅值的正弦波,作为参考信号。第二、判断分布式光纤扰动定位系统中两探测器接收的两路信号的差值是否大于所设定的阈值，若差值大于阈值，则计算机运行程序，利用模拟退火算法对施加到偏振控制器上的最佳电压值进行搜索，从而实现偏振控制。有益效果: 目前，大部分的分布式光纤扰动定位系统由于没有进行偏振控制，导致定位精度较差。本专利技术提出了一种用于分布式光纤扰动定位系统中的偏振控制装置。采用该装置能够有效地提高系统的抗偏振退化能力，并很大程度上消除单模光纤双折射对系统的扰动定位精度的影响。本装置所使用的模拟退火算法是一种在非线性规划问题中求取全局最优解的方法，具有较好的全局最优值搜索性能，并且也具有较高的收敛速度，能有效地解决原来基于梯度法的假收敛问题。【专利附图】【附图说明】图1是光纤扰动系统偏振控制装置原理图； 图2是分布式光纤扰动定位系统采集的未进行偏振控制的两路信号； 图3是偏振控制之后系统采集的两路信号； 图4是偏振控制算法搜索示意图； 图中，I是激光器，2、401和402是耦合器，301和302是光环形器，701是光缆中传感光纤Fl，702是光缆中传感光纤F2，801光电探测器Dl，802光电探测器D2，5是偏振控制器，6是双折射相位调制器，7是传感光缆，9是单片机系统，10是计算机，11是采集卡。实施例1:用于分布式光纤扰动定位系统中的偏振控制装置 如图1所示，该装置包括: 激光器1，耦合器2、401和402，光环形器301和302，传感光缆7，光电探测器801和802。挤压型偏振控制器5:拥有四个挤压方向成交错排列的挤压器，控制过程中使用其中的前两个光纤挤压器，对两个挤压器施加不同组合的电压能够对输入光波的偏振态进行不同的调制，从而输出不同偏振态的光波。将偏振控制器加在基本分布式光纤传感系统传感光纤的其中一路，通过调制该路光信号的偏振态实现偏振控制； IiMO3双折射相位调制器6:用于产生参考信号，加在基本分布式光纤传感系统的与偏振控制器所在端对应的传感光纤另一路，用于产生正弦相位调制，相位调制信号经过双Mach-Zehnder光纤干涉仪干涉产生强度正弦调制，由两个光电探测器分别接收，若不存在偏振退化，基本分布式光纤传感系统中两个光电探测器接收的两路干涉信号具有固定时延且幅值相等； 数据采集卡(DAQ Card) 11:对两个光电探测器18a和18b的电压信号进行采集，并送入计算机处理。计算机(PC) 10:通过在计算机中的软件编程实现对数据采集卡送入的采集信号的处理，以实现最佳调制电压的迭代搜索，并将搜索到的最佳调制电压通过单片机系统反馈到偏振控制器和相位调制器。单片机系统(MCU) 9:通过与计算机进行通信，输出数字信号直接控制偏振控制器；输出正弦波信号，对相位调制器进行调制。实施例2:偏振控制方法 如图1所示，传感光纤一臂的光信号输入到偏振控制器中，经过偏振控制后两路干涉信号分别进入两探测器，数据采集卡采集两路信号并将信号送入计算机。计算机内部的软件算法根据所反馈的两路干涉信号的相关度调整混沌粒子群优化算法中各粒子的位置向量，即改变各位置向量对应的外加到偏振控制器挤压器上的电压值。对偏振控制器入射光波的偏振态进行连续控制并利用反馈信号进行最优值搜索，直到反馈信号对应的两路信号的相关度满足搜索终止条件时停止。以下对图1所示的系统，结合图4所示的搜索流程，说明基于退火算法的偏振控制方法对系统定位精度的影响: 退火算本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王绍俊，
申请(专利权)人：南京昕天卫光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：