[发明专利]基于低双折射光子晶体光纤的分布式绝对温度传感方法

说明书

本申请提供一种基于低双折射光子晶体光纤的分布式绝对温度传感方法，具体步骤包括：设计并制造低双折射光子晶体光纤作为传感光纤；调制单频的脉冲光，通过偏振开关控制脉冲光产生x、y偏振态脉冲光，并将其注入低双折射光子晶体光纤，收集对应的瑞利散射光，获取沿光纤的瑞利散射的矢量光场信息；获取不同频率的瑞利散射光的矢量光场信息，形成x偏振态和y偏振态的复数瑞利散射图样；对光纤同一位置的复数瑞利散射图样的频率轴信号进行延迟估计，获取与温度相关的频移；根据频移与折射率变化的线性关系，得到两个偏振方向由温度引起的折射率变化，根据不同浓度折射率变化与温度变化的不同系数，计算得到绝对温度信息。

技术领域

本发明涉及光纤传感测量领域，尤其涉及基于低双折射光子晶体光纤的分布式绝对温度传感方法。

背景技术

分布式光纤传感系统由于其具有灵敏度高、可连续测量、可用于恶劣环境中等优点，目前已广泛用于结构健康监测、地质探矿、分布式温度测量等领域。在传统基于瑞利散射图样的分布式温度传感系统中，探测单元为普通的光纤，仅能通过解调瑞利散射图样的频移来获取温度的变化量，无法获取绝对温度的大小。而通过将温度与瑞利散射图样进行标定的方式仅适用于同一根光纤，换成其他光纤后需要重新标定，没有实用价值。为了解决上述问题，本领域技术人员尝试将普通光纤替换为高双折射保偏光纤，例如中国公开专利CN105486425B，但该方案一方面为点式光纤温度传感器，其传感结构无法获取沿光纤的温度信息，无法用于大范围连续的温度测量场景；另一方面其对于温度的测量是基于干涉光谱实现，而基于非瑞利散射。

此外，也有使用传统高双折射保偏光纤作为传感光纤的分布式双折射测量方案，但由于传统保偏光纤双折射较大，为了覆盖两个偏振态的测量范围，往往需要50GHz左右的频移范围。为实现如此大的频移范围，有三种方式：1、使用大扫频范围的扫频激光器作为系统光源；2、使用高稳定度可调谐激光器结合微波源外调制的方式实现；3、使用超大范围的微波源结合超大调制带宽的调制器来实现。第一种方案的代表为美国LUNA公司，利用无跳模大扫频范围的扫频激光器作为光源，如美国公开专利US2006204165A1，但该类扫频激光器往往价格非常高昂；第二种方案得到过瑞利洛桑联邦理工大学的研究人员验证，该方案必须对可调谐激光器的频率进行严格的锁定，其系统复杂度和成本也非常高；第三种方案中，超宽扫频范围的微波源和大带宽的调制器比较少见，且价格高昂。

另外，还有使用较小频率范围的探测光来测量光传输过程中偏振态演化过程的报道，例如中国公开专利CN110132330A等，这种方法主要用于研究光脉冲在传输过程中偏振态的演化，无法直接用于绝对温度的测量。同时，该系统需要很高的空间分辨率来保证相邻三段光纤的双折射是一样的，这就需要保证空间分辨率远小于保偏光纤的拍长，及需要保证探测系统具备超高空间分辨率的测量能力。而在该系统中，空间分辨率由扫频范围决定，即仍然需要非常大的扫频范围作为支撑。

如何解决上述问题，提供一种具有高适应性、大范围连续测量功能、绝对温度测量能力、且使用较为常规的光电器件就能实现的低成本分布式光纤温度传感系统是本领域技术人员需要考虑的。

发明内容

基于以上问题，本发明提供了基于低双折射光子晶体光纤的分布式绝对温度传感方法，解决现有分布式测量系统需要大范围光学扫频源或电学扫频源的技术问题。

本申请实施例提供一种基于低双折射光子晶体光纤的分布式绝对温度传感方法，所述绝对温度传感方法包括如下步骤：

步骤一：设计并制作低双折射光子晶体光纤作为传感光纤；

步骤二：通过一IQ调制器将一固定频率激光器发出的待调制信号光调制为单频的脉冲光，通过一偏振开关控制脉冲光的偏振态，产生x偏振态脉冲光和y偏振态脉冲光，所述IQ调制器和所述偏振开关通过一任意波形发生器进行驱动和同步，使得x偏振态脉冲光和y偏振态脉冲光具有不同的频率和时延；