專利名稱：偏振型直流量光纖傳感器的補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流量光纖傳感器的補(bǔ)償方法，特別是關(guān)于一種偏振型直流量光纖傳感器的補(bǔ)償方法。
為了使偏振型直流量光纖傳感器在遠(yuǎn)路離測量時(shí)能夠長期穩(wěn)定的工作，對其光源發(fā)光功率，光纖傳輸損耗及光電探測器響應(yīng)度的變化，必須加以補(bǔ)償，現(xiàn)有的偏振型直流量光纖傳感器的補(bǔ)償方法其方式有(一)、惠斯登橋式網(wǎng)絡(luò)這種光纖傳感器目前最好實(shí)現(xiàn)方法是將四支光纖偶合器分別跨接在傳感頭前后與參考光路之間，使兩根接收光纖先后傳導(dǎo)來自兩個(gè)光源發(fā)出的光、然后通過比率運(yùn)算達(dá)到補(bǔ)償目的，但光纖偶合器分光比對入射光模式有較強(qiáng)的依賴，使該方法仍不能滿足高精度的測量要求。
(二)、單光源傳感頭偏振分光采用這種方法的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，但不能保證兩根接收光纖傳輸損耗變化的一致，光電探測器響應(yīng)度的變化不能補(bǔ)償，因此其精度較低。
(三)、雙光源傳感頭偏振分光這種方法的設(shè)備所需的偏振分光棱鏡價(jià)格昂貴，且性能不穩(wěn)定。
高精度的直流量光纖傳感器要步入工業(yè)實(shí)用化階段，只補(bǔ)償發(fā)光光源光功率，光電探測器響應(yīng)度，光纖傳輸損耗變化是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足的，為了使直流量光纖傳感器真正達(dá)到高精度，高穩(wěn)定性能，步入工業(yè)實(shí)用階段，必須補(bǔ)償發(fā)光光源中心波長變化以及傳感材料特性變化。
本發(fā)明的目的是提供一種不僅可補(bǔ)償發(fā)光光源光功率、光電探測器響應(yīng)度、光纖傳輸損耗變化、還可補(bǔ)償發(fā)光光源中心波長變化和傳感材料特性變化的偏振型直流量光纖傳感器的補(bǔ)償方法。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種偏振型直流量光纖傳感器的補(bǔ)償方法，其信號(hào)光經(jīng)傳感材料后再通過分光器分光，分別傳輸至光電探測器，其特征在于補(bǔ)償光經(jīng)補(bǔ)償材料后通過分光器分光，分別傳輸至光電探測器。
所述的補(bǔ)償材料為具有雙折射性能的石英晶體或云母波片。所述的傳感材料為具有光彈性能的石英玻璃或K9玻璃。
本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比具有測量精度高，補(bǔ)償方法簡單，穩(wěn)定度高，可避免各種因素的影響等優(yōu)點(diǎn)。
下面結(jié)合


實(shí)施例實(shí)施例1附圖1為本發(fā)明雙光源傳感頭偏振分光的偏振型直流量光纖傳感器的補(bǔ)償方法示意圖。其補(bǔ)償原理如下光接收發(fā)射裝置14的發(fā)光光源10(信號(hào)光)和補(bǔ)償光光源11為兩支波長一致的發(fā)光二極管，發(fā)光光源10的光經(jīng)光纜16的光纖傳輸致傳感頭15，由自聚焦透鏡1準(zhǔn)直，起偏器17起偏，經(jīng)傳感材料2然后經(jīng)保偏普通分光棱鏡9分光成兩束，分別經(jīng)檢偏器6、7檢偏，再經(jīng)自聚焦透鏡5、8注入光纖傳輸至光電探測器12、13;補(bǔ)償光光源11的光經(jīng)自聚焦透鏡3準(zhǔn)直，起偏器18起偏，經(jīng)補(bǔ)償材料4，然后經(jīng)保偏普通分光棱鏡9分光成兩束，分別經(jīng)檢偏器6、7檢偏，再經(jīng)自聚焦透鏡5、8注入光纖傳輸至光電探測器12、13。
其補(bǔ)償計(jì)算如下發(fā)光光源10發(fā)光，補(bǔ)償光光源11不發(fā)光，光電探測器12、13探測到的光電信號(hào)i11和i12分別為i11＝( 1/2 )I0L11R11COS2θ……(1)i12＝( 1/2 )I0L12R12Sin2θ……(2)(1)(2)式中
I0-入射偏振光光功率。
L11、L12-分別為兩根接收光纖損耗系數(shù)。
R11、R12-分別為兩光電探測器響應(yīng)度。
θ-被測外場在傳感材料中誘發(fā)的雙折射引入的傳感信號(hào)。
補(bǔ)償光光源11發(fā)光，發(fā)光光源10不發(fā)光，光電探測器11、12探測到的光電信號(hào)i21和i22分別為i′21＝( 1/2 )I′0L21R21COS2β……(3)i′22＝( 1/2 )I′0L22R22Sin2β……(4)(3)、(4)式中I′0-入射光光功率L21、L22-分別為光纖在補(bǔ)償光光源11發(fā)光時(shí)刻的損耗系數(shù)。
R21、R22-分別為光電探測器在補(bǔ)償光光源11發(fā)光時(shí)刻的響應(yīng)變。
β-補(bǔ)償材料4中產(chǎn)生雙折射引入的補(bǔ)償信號(hào)。
當(dāng)發(fā)光光源10和補(bǔ)償光光源發(fā)光時(shí)間間隔足夠短時(shí)有L11＝L21、L12＝L22、R11＝R21、R12＝R22則有i11＝I0L11R11COS2θ……(5)i12＝I0L12R11Sin2θ……(6)i21＝I0L11R11COS2β……(7)i22＝I0L12R12Sin2β……(8)信號(hào)處理系統(tǒng)對(5)致(8)式表示的信號(hào)進(jìn)行如下運(yùn)算
S1= (i11-i12)/(i11+i12) = (L11R11COS2θ-L12R12Sin2θ)/(L11R11COS2θ-L12R12Sin2θ)S2= (i11-i12)/(i21+i22) = (L11R11DOS2β-L12S12Sin2β)/(L11R11COS2β＋L12R12Sin2β)為了補(bǔ)償波長、傳感材料特性變化，損耗系數(shù)，響應(yīng)度變化，信號(hào)處理系統(tǒng)再次通過運(yùn)算S＝S1+S2……式中K為修正系數(shù)，S為與被測量有關(guān)的常數(shù)。
得到S值與被測量值的一一對應(yīng)關(guān)系，通過計(jì)算機(jī)線性插值補(bǔ)償，獲得S值僅與補(bǔ)測量有關(guān)的結(jié)果，消除了光源波長，傳感材料特性變化，光纖損耗、光電探測響應(yīng)度變化對測量結(jié)果的影響。
具體的補(bǔ)償方法如下光接收發(fā)射裝置14由發(fā)光光源10，補(bǔ)償光光源11及光電探測器12、13所構(gòu)成，發(fā)光光源10和補(bǔ)償光光源11采用兩支波長一致的發(fā)光二極管，傳感頭15則是由自聚焦透鏡1、3、5、8、起偏器17、18、石英玻璃作為傳感材料2，長方體保偏普通分光棱鏡9，檢偏器6以及在起偏器18與保偏普通分光棱鏡9之間的采用石英晶體制作的補(bǔ)償材料4所構(gòu)成，光接收發(fā)射裝置14與傳感頭15的連接采用光纜16相連接。采用石英玻璃作為傳感材料2，石英晶體為補(bǔ)償材料4制成的壓力傳感器，其石英晶體制作的λ/2波片，石英玻璃傳感材料2在應(yīng)力作用下產(chǎn)生應(yīng)力雙折射，應(yīng)力雙折射引入相位差θ＝2πCLσ/λ，石英晶體補(bǔ)償材料是雙折射材料，引入相位差β＝ (π)/2 ＝ (2πL′(ne-no))/(λ＇)式中C-石英玻璃應(yīng)力雙折射常數(shù)。
ne、no-分別為O光和e光的折射率。
L、L′-分別為石英玻璃、石英晶體沿光傳播方向厚度。
σ被測應(yīng)力λ、λ′為光波波長。
通過選擇使λ＝λ′，當(dāng)使θ＜π/2時(shí)可以獲得S(S＝S1-KS2)與應(yīng)力σ的-對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)式S＝S1-KS2算出S后便可確定σ值。
實(shí)施例2附圖2為本發(fā)明惠斯登橋式網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償方法示意圖。圖中1、3、5、8為自聚焦透鏡，2為傳感材料、4為補(bǔ)償材料、10為信號(hào)光發(fā)光光源、11為補(bǔ)償光源，12、13為光電探測器，19為分光偶合器。
實(shí)施例3附圖3為單光源傳感頭偏振分光的補(bǔ)償方法示意圖。圖中1、5、8為自聚焦透鏡，2為傳感材料，4為補(bǔ)償材料，6、7為檢偏器，9為分光棱鏡，10為發(fā)光光源，12、13為光電探測器，17為起偏器。
權(quán)利要求
1.一種偏振型直流量光纖傳感器的補(bǔ)償方法，其信號(hào)光經(jīng)傳感材料后再通過分光器分光，分別傳輸至光電探測器，其特征在于補(bǔ)償光經(jīng)補(bǔ)償材料后通過分光器分光，分別傳輸至光電探測器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振型直流量光纖傳感器的補(bǔ)償方法，其特征在于所述的傳感材料為石英玻璃或K9玻璃，所述的補(bǔ)償材料為石英晶體或云母波片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的偏振型直流量光纖傳感器的補(bǔ)償方法，其特征在于所述的分光器為分光耦合器，偏振分光棱鏡或普通分光棱鏡。
全文摘要
本發(fā)明提供一種偏振型直流量光纖傳感器的補(bǔ)償方法，其信號(hào)光經(jīng)傳感材料后再通過分光器分光，分別傳輸至光電探測器，其特征在于補(bǔ)償光經(jīng)補(bǔ)償材料后通過分光器分光，分別傳輸至光電探測器。具有穩(wěn)定度高、測量精度高、可避免各種因素的影響等優(yōu)點(diǎn)。用于各種直流量光纖傳感器的補(bǔ)償。
文檔編號(hào)G01D5/28GK1071007SQ9210987
公開日1993年4月14日 申請日期1992年9月5日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月5日
發(fā)明者陳慶全 申請人:陳慶全