[发明专利]一种光纤扰动系统偏振控制装置

说明书

技术领域

    本发明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。

背景技术

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。

发明内容

    本发明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

本发明技术方案如图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1组成的双马赫—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1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[12]由数据采集卡[9]、计算机[10]和单片机[11]组成，光电探测器[801]、[802]输出接入数据采集卡[9]，数据采集卡[9]输出连接计算机[10]，计算机[10]与单片机[11]相连，单片机[11]输出接偏振控制器[5]。

其中所述激光器1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。

本发明的实现原理是：

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。本发明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。

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；