[发明专利]全光纤偏振式压力测量方法及传感装置

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感、工业自动化控制技术领域；特别涉及使用激光或发光二极管光源，利用普通光纤在压力应力双折射特性，通过光偏振分束和光探测器测量，以及其他光路装置和电路分析系统，完成压力测量和压力传感。

背景技术

光纤传感技术是一种以光为载体、光纤为媒质、感知和传输外界信号(被测量)的新型传感技术。

光纤传感器原理实际上是研究光被外界参数调制的原理。外界信号可能引起光的强度、波长、频率、相位、偏振态等发生变化，从而构成强度、波长、频率、相位和偏振态等调制方式的光纤传感器。这其中偏振调制光纤传感器的结构简单，调整方便，价格较低，有很高的实用价值。

目前光纤压力传感器一个典型的技术，是采用以光弹性材料(如光弹晶体)中心的光纤压力传感技术，其主要光路结构及方法如图1所示。该光路结构包括：整个光路个部分器件从左到右排列顺序为：光源101，准直透镜102，起偏器103，具有在压力变化情况下产生双折射变化的光弹材料104，检偏器105，准直透镜106，光接收机107；整个光路在准直透镜102之前和准直透镜106之后，通过光纤进行连接。

该系统的进行压力传感的过程如下：

1)光源101发出的测量光，经过透镜102准直后，通过起偏器103变成线偏振光，然后到达并穿过光弹材料104；测量光穿过光弹材料104后，被检偏器105重新检偏，再穿过准直透镜106，耦合到光纤中，由光接收机107将光信号采集处理。

2)对光弹材料104施压，光弹材料在压力的作用下，产生双折射，改变光的偏振态，从而使得通过检偏器后的光和光源发出的光之间产生差异。

3)光接收机测量并分析收到的光电信号变化，从而判断压力的变化。

现有的基于光弹材料的光偏振压力传感技术存在以下缺点：

1、该系统空间光学装置较多，组装复杂，插入损耗大，出错率高；

2、测量信息会受到光纤应力的影响，所以需要采用保偏光纤传输，成本高，传输距离短。

3、探头和有源部件分离比较困难；

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种全光纤偏振式压力测量方法及传感装置，该方法和该装置既可以方便、快捷地通过以普通单模光纤为传感媒介测量压力，同时还具有组装简单，移动方便、体积小、数据易处理、探头和有源器件容易分离等优点。

本发明首先提出了一种全光纤偏振式压力测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)测量光源发出的光变成一束线偏振光后，通过一根用作传感的光纤，并将所述通过光纤的光分成偏振态相互垂直的两束光；

2)给光纤施加压力，使得光纤产生和压力有关的双折射；

3)分别测量两束光的光强；

4)根据所述两束光强的变化，确定光纤上的压力的大小。

上述方法步骤3)中分别测量两束光的光强的方法可为将两束光的光强转换成电信号，并通过电路进行运算处理。

上述方法步骤1)中所述光纤可为单模光纤。

上述方法步骤1)中所述光源可为一个偏振无关的激光光源或发光二极管光源，或者通过在普通光源出光处加装一个消偏器或者扰偏器，来产生一个偏振无关的测量光。

上述方法步骤1)还可包括利用一个偏振分束器让测量光源发出的光变成一束线偏振光。

上述方法步骤1)还可包括所述线偏振光通过光纤后，再经由反射镜反射回光纤，然后再分成偏振态相互垂直的两束光；

上述方法步骤1)还可包括使用一个光环行器将反射回来的光从原来的光路中分离出来。

上述方法步骤1)具体可采用将所述反射光通过一个偏振分束器分成偏振态相互垂直的两束光。

本发明提出的一种全光纤偏振式压力传感装置，其特征在于，该装置包括：

一个光源，用来发出一束测量光；

一个由偏振分束器、传感光纤和反射镜构成的传感机构，用来接收光源发出的测量光，并输出传感信息光束；其中偏振分束器用来将光源输入光变成一束线偏振光输出到传感光纤，并将从传感光纤反射回来的光分成两束偏振态相互正交的传感信号光；

一段传感光纤用来接受被测量压力，并在压力的作用下改变通过光的偏振态；

一个反射镜，用来将接收自传感光纤的光反射回原光路；

第一光探测器用，来接受来自偏振分束器从传感光纤反射回来的光分成两束偏振态相互正交的传感信号光中的透射光，并转换成电信号；