[发明专利]一种基于光纤光栅斯托克斯参量的动态压力检测系统以及方法

说明书

一种基于光纤光栅斯托克斯参量的动态压力检测系统以及方法，它包括可调谐激光器、电动偏振控制器、传感光纤光栅、偏振检测模块、信号处理模块、反馈模块和显示单元，可调谐激光器发出一定波长的激光送入电动偏振控制器进入传感光纤光栅，在线偏振检测模块采集从传感光纤光栅中透射的光，输出至信号处理模块，得到透射光偏振态的三个斯托克斯参量，信号处理模块反馈至电动偏振控制器调整入射光偏振态。本发明利用光纤光栅在外加压力作用下产生线双折射，导致透射光的三个参量发生变化，采用单波长源实现对动态压力大小的实时传感，克服了传统方法不适合小压力传感的缺点，以及基于光栅偏振参量最大值传感方法不适合于动态压力传感的缺点。

技术领域

本发明涉及为光纤传感技术领域，尤其是一种利用光纤光栅透射光的斯托克斯参量对压力进行实时监测的光纤传感设备。

背景技术

当光纤受到外界环境(温度、应力、磁场、压力等)影响时，光纤中传输光的强度、相位、频率、偏振态等参量会相应的发生变化。通过检测传输光的这些参量便可获知相应物理量的变化，这种技术称为光纤传感技术。

光纤光栅作为一种成熟的全光纤器件，由于其本身具有的体积小，插入损耗低，易于与其他光纤器件集成等特点，在光纤通信和光纤传感领域中有着非常重要的应用，目前多数是利用波长偏移量进行温度传感和应力传感。其测量原理主要是利用外界参量变化引起的光纤光栅的折射率或光栅周期的变化从而导致布拉格波长发生偏移，通过测量偏移量达到传感的目的。

现有利用光纤光栅对压力的测量主要是光纤布拉格光栅在压力负载条件下的谐振波长分裂，通过对x偏振光和y偏振光幅度谱中心波长的偏移量检测外在压力。这种方法在压力较小时，总幅度谱很难察觉到两种本征模中心波长的差别，检测较为困难。而一般基于偏振参量的测量方法主要是通过检测偏振参量谱在光栅阻带波长范围内的最大值，实时性较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种新颖的基于三个斯托克斯参量测量的、灵敏度和动态范围可调节的动态压力检测系统以及方法。

本发明的技术方案是：

一种基于光纤光栅斯托克斯参量的动态压力检测系统，它包括可调谐激光器、电动偏振控制器、传感光纤光栅、偏振检测模块、信号处理模块、反馈模块和显示单元，所述的可调谐激光器发出一定波长的激光送入电动偏振控制器，电动偏振控制器输出一定偏振态的光进入传感光纤光栅，在线偏振检测模块采集从传感光纤光栅中透射的光，在线偏振检测模块的信号输出端与信号处理模块的信号输入端相连，得到透射光偏振态的三个斯托克斯参量s1，s2和s3，信号处理模块的显示信号端与显示模块的信号输入端相连，同时信号处理模块的反馈信号输出端与反馈模块的信号输入端相连，反馈模块的信号输出端与电动偏振控制器的对应信号输入端相连，用于调整入射光偏振态。

本发明的可调谐激光器和电动偏振控制器之间串接光隔离器，所述的光隔离器用于隔离并减少传感光纤光栅和各光器件接头上的反射信号的影响。

本发明的传感光纤光栅的长度、折射率调制系数均可调，长度范围是5毫米到5厘米，折射率调制系数由光纤光栅制作过程的曝光时间确定。

一种基于光纤光栅斯托克斯参量的动态压力检测方法，应用基于光纤光栅斯托克斯参量的动态压力检测系统，它包括以下步骤：

S1、制作传感光纤光栅测量其透射谱，得到中心波长以及阻带的波长范围，选择测量波长λ_p，所述的λ_p在透射谱斜边1/2处至阻带边缘区域；

S2、采用可调谐激光器发出波长为λ_p的激光至电动偏振控制器；

S3、将经过电动偏振控制器的激光发送至传感光纤光栅；