專利名稱：正交偏振光纖光柵矢量扭轉(zhuǎn)傳感裝置及其檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種扭轉(zhuǎn)傳感裝置及其檢測(cè)方法，尤其是一種正交偏振光纖光柵矢量扭轉(zhuǎn)傳感裝置及其檢測(cè)方法，屬于扭轉(zhuǎn)傳感器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于工程儀器及儀表測(cè)試的需求不斷增長(zhǎng)，有關(guān)扭轉(zhuǎn)傳感器的研制與開發(fā)日益受到重視并得到了迅速發(fā)展。就傳感結(jié)構(gòu)而言，已報(bào)道的扭轉(zhuǎn)傳感器可分為機(jī)械式、電磁式、體光柵式和光纖式等多種結(jié)構(gòu)。機(jī)械式傳感結(jié)構(gòu)基于軸向應(yīng)變片傳感，其機(jī)械加工要求高，成本開銷大；電磁式傳感結(jié)構(gòu)基于電磁離合器式測(cè)功機(jī)，其體積較大，且易受電磁場(chǎng)干擾；體光柵式傳感器受機(jī)械加工精度、材料與器件特性的非線性制約，其應(yīng)用受到限制。光纖傳感技術(shù)以光纖為物理媒質(zhì)、以光波為信息載體，具有結(jié)構(gòu)小巧、靈敏度高、抗電磁干擾、絕緣性好、耐腐蝕、本質(zhì)安全以及便于多點(diǎn)組網(wǎng)和遠(yuǎn)距離遙測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，非常適合于應(yīng)用在一些傳統(tǒng)傳感器受到限制的領(lǐng)域。光纖傳感器按照其傳感機(jī)理可以分為強(qiáng)度調(diào)制型、干涉型、光纖光柵型、光纖激光型等。由于其具有以上優(yōu)點(diǎn)，因而得到越來越廣泛的研究和應(yīng)用。經(jīng)過近30年的發(fā)展，光纖傳感技術(shù)取得了較快的發(fā)展。在光纖扭轉(zhuǎn)傳感研究的相關(guān)報(bào)道中，南開大學(xué)曾經(jīng)提出過一種雙向可調(diào)光纖扭轉(zhuǎn)傳感器。該傳感器將多模光纖纏繞在彈性圓棒的表面，兩端用特種膠剛性粘貼，由于圓形橫截面幾何形狀的對(duì)稱性，在一定的扭角范圍內(nèi)，因扭轉(zhuǎn)引起的縱向、橫向以及彎曲形變很微小，可以認(rèn)為其橫截面仍然保持平面，僅有扭轉(zhuǎn)形變。這時(shí)，扭梁的扭轉(zhuǎn)可作為純扭轉(zhuǎn)問題處理，由此設(shè)計(jì)了一種新型的多模光纖扭轉(zhuǎn)傳感器。這種扭轉(zhuǎn)傳感器具有靈敏度高的特點(diǎn)，但是能夠測(cè)量的扭角范圍僅僅在±40°，而且無法排除外界自然光對(duì)光功率計(jì)的影響，即無功率自校準(zhǔn)功能，極大的影響了此種傳感器的應(yīng)用。又如，燕山大學(xué)報(bào)道的一種高雙折射光纖光柵扭轉(zhuǎn)傳感器，其通過反射率的差值與扭轉(zhuǎn)角度的線性關(guān)系來測(cè)得扭轉(zhuǎn)角度。這種傳感器同樣具有較高的靈敏度，但其缺點(diǎn)是需要通過空間幾何光學(xué)器件進(jìn)行檢偏，非全光纖解調(diào)，傳感系統(tǒng)體積大且穩(wěn)定性差；與此同時(shí)，傳感系統(tǒng)僅能得到單一偏振態(tài)下(由空間幾何光學(xué)器件檢偏得到)的能量輸出，無法同時(shí)得到兩組相互正交的偏振態(tài)能量信息，因此不能實(shí)現(xiàn)矢量扭轉(zhuǎn)檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種采用全光纖結(jié)構(gòu)，集成度高、穩(wěn)定性好的正交偏振光纖光柵矢量扭轉(zhuǎn)傳感裝置。本發(fā)明的另一目的在于提供一種正交偏振光纖光柵矢量扭轉(zhuǎn)傳感裝置的檢測(cè)方法。本發(fā)明的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到正交偏振光纖光柵矢量扭轉(zhuǎn)傳感裝置，其特征在于包括VCSEL光源、偏振處理單元、傳感探頭、正交偏振解調(diào)處理單元以及光纖環(huán)形器/耦合器，所述偏振處理單元、傳感探頭和正交偏振解調(diào)處理單元通過光纖環(huán)形器/耦合器連接；其中，所述偏振處理單元包括起偏器和偏振控制器，所述VCSEL光源、起偏器和偏振控制器依次連接；所述傳感探頭包括單模光纖、可扭轉(zhuǎn)作用于單模光纖的光纖扭轉(zhuǎn)器以及一端固定于光纖扭轉(zhuǎn)器且另一端懸空的保偏光纖探頭，所述保偏光纖探頭包括保偏光纖和寫制于保偏光纖內(nèi)的保偏光纖光柵，所述單模光纖與保偏光纖纖芯準(zhǔn)直熔接，在單模光纖與保偏光纖熔接處形成的單模-保偏光纖熔接點(diǎn)位于保偏光纖光柵前端；所述正交偏振解調(diào)處理單元包括偏振分束器、第一光強(qiáng)探測(cè)器、第二光強(qiáng)探測(cè)器以及矢量分析模塊，所述第一光強(qiáng)探測(cè)器和第二光強(qiáng)探測(cè)器分別與偏振分束器的輸出端連接，所述第一光強(qiáng)探測(cè)器和第二光強(qiáng)探測(cè)器還分別與矢量分析模塊連接。作為一種優(yōu)選方案，所述VCSEL光源通過電流驅(qū)動(dòng)，其輸出光譜帶寬為f2nm，輸出光譜中心波長(zhǎng)與保偏光纖光柵纖芯模波長(zhǎng)匹配，可實(shí)現(xiàn)高功率輸出。作為一種優(yōu)選方案，所述光纖扭轉(zhuǎn)器為一個(gè)均質(zhì)、對(duì)稱、各向同性且橫截面是同心圓的空心彈性體，其采用合金的材質(zhì)制成。作為一種優(yōu)選方案，所述光纖扭轉(zhuǎn)器與保偏光纖探頭固定的一端為扭轉(zhuǎn)端，其采用合金的彈性材料制成，可保證單模光纖得到充分的固定，不發(fā)生徑向旋轉(zhuǎn)和軸向伸縮，轉(zhuǎn)動(dòng)角度可在圓周內(nèi)自由選擇。作為一種優(yōu)選方案，所述光纖扭轉(zhuǎn)器與單模-保偏光纖熔接點(diǎn)之間的間距小于5mm ο作為一種優(yōu)選方案，所述單模-保偏光纖熔接點(diǎn)與保偏光纖光柵之間的間距小于2mm ο作為一種優(yōu)選方案，所述保偏光纖光柵為保偏光纖布拉格光柵，其長(zhǎng)度小于IOmm,體積小，可實(shí)現(xiàn)嵌入式檢測(cè)。本發(fā)明的另一目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到正交偏振光纖光柵矢量扭轉(zhuǎn)傳感裝置的檢測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟I)電流驅(qū)動(dòng)VCSEL光源輸出入射光，入射光經(jīng)過起偏器轉(zhuǎn)變成偏振光，由偏振控制器對(duì)偏振光的偏振方向進(jìn)行調(diào)節(jié)，使偏振光的偏振方向與保偏光纖偏振方向相一致；2)偏振光通過光纖環(huán)形器/耦合器到達(dá)單模光纖內(nèi)，再經(jīng)過保偏光纖光柵纖芯模反射，形成具有兩個(gè)相互正交的偏振態(tài)的反射偏振光，傳輸回單模光纖，再次進(jìn)入光纖環(huán)形器/耦合器，然后輸出至正交偏振解調(diào)處理單元，由偏振分束器將偏振光的兩個(gè)偏振態(tài)的正交分量分開，并進(jìn)行窄帶濾波，通過第一光強(qiáng)探測(cè)器和第二光強(qiáng)探測(cè)器分別探測(cè)偏振光的兩個(gè)偏振態(tài)的反射能量強(qiáng)度；3)此時(shí)，光纖扭轉(zhuǎn)器扭轉(zhuǎn)作用于單模光纖，使單模光纖的扭轉(zhuǎn)角度發(fā)生變化，光纖扭轉(zhuǎn)器產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)變使進(jìn)入保偏光纖光柵的偏振光偏振方向發(fā)生改變，導(dǎo)致反射偏振光的兩個(gè)偏振態(tài)的正交分量也發(fā)生變化；4)通過第一光強(qiáng)探測(cè)器和第二光強(qiáng)探測(cè)器分別探測(cè)變化后偏振光的兩個(gè)偏振態(tài)的反射能量強(qiáng)度，通過矢量分析模塊對(duì)兩個(gè)偏振態(tài)的正交分量進(jìn)行矢量合成，確定扭轉(zhuǎn)的角度和方向。
作為一種優(yōu)選方案,所述反射偏振光形成的反射光譜為具有一定波長(zhǎng)間隔的雙峰，該雙峰分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)偏振態(tài)。作為一種優(yōu)選方案，步驟4)所述通過矢量分析模塊對(duì)兩個(gè)偏振態(tài)的正交分量進(jìn)行矢量合成是先進(jìn)行歸一化，后采用擬合曲線進(jìn)行合成。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的有益效果1、本發(fā)明的扭轉(zhuǎn)傳感裝置以保偏光纖布拉格光柵為傳感單元，通過正交偏振矢量解調(diào)單元，同時(shí)得到兩組相互正交的偏振態(tài)能量強(qiáng)度信息，進(jìn)而通過矢量分析模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)扭轉(zhuǎn)角度和方向的精確測(cè)量，采用全光纖結(jié)構(gòu)，集成度高、穩(wěn)定性好。2、本發(fā)明的扭轉(zhuǎn)傳感裝置引入新型VCSEL激光光源取代傳統(tǒng)的寬帶光源，實(shí)現(xiàn)高功率輸出(優(yōu)于寬帶光源15dB)、掃描帶寬可調(diào)(小于5nm)、中心波長(zhǎng)可控(驅(qū)動(dòng)電流調(diào)節(jié)，在IOnm范圍內(nèi))的效果，可基于高速時(shí)分復(fù)用實(shí)現(xiàn)單一光源為多個(gè)傳感探頭的提供所需光源。3、本發(fā)明的扭轉(zhuǎn)傳感裝置的傳感探頭為探針式探頭，其傳感基元僅為單一長(zhǎng)度小于IOmm的光纖光柵，體積較小，且采取的是反射式工作，可實(shí)現(xiàn)探針式測(cè)量，其高集成度非常適合嵌入式檢測(cè)。4、本發(fā)明的扭轉(zhuǎn)傳感裝置的單模光纖與保偏光纖纖芯為準(zhǔn)直熔接，可以保證反向傳輸纖芯模能更準(zhǔn)直地從保偏光纖傳輸回單模光纖，避免引入過大的熔接損耗和不可預(yù)知的偏振干擾，保證熔接處的機(jī)械強(qiáng)度和偏振穩(wěn)定性。5、本發(fā)明的扭轉(zhuǎn)傳感裝置根據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)過光纖光柵反射的偏振光，其形成的反射光譜的雙峰峰值不隨溫度改變，因此適合在溫度變化的環(huán)境下工作，克服了傳統(tǒng)傳感器在野外惡劣環(huán)境下以及不同季節(jié)使用過程中溫度變化帶來的穩(wěn)定性下降問題。6、本發(fā)明的扭轉(zhuǎn)傳感裝置，經(jīng)過光纖光柵反射的偏振光，其形成的反射光譜的雙峰在兩個(gè)相互正交的偏振態(tài)下具有極高的消光比(優(yōu)于15dB)，確保系統(tǒng)的高精度旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量。7、本發(fā)明的扭轉(zhuǎn)傳感裝置的正交偏振解調(diào)處理單元由全光纖器件構(gòu)成，并且基于光強(qiáng)探測(cè)的解調(diào)方式極大降低了系統(tǒng)的成本，解調(diào)速度快(可達(dá)IMHz)、解調(diào)成本低(無需濾波器)，并且由于使用的是VCSEL光源，所以光源與解調(diào)系統(tǒng)可集成度高(模塊化設(shè)計(jì))。8、本發(fā)明的扭轉(zhuǎn)傳感裝置的正交偏振解調(diào)處理單元集偏振分束、高靈敏度光強(qiáng)探測(cè)和矢量分析于一體，采用歸一化的光強(qiáng)解調(diào)，即同時(shí)得到兩個(gè)相互正交偏振態(tài)的反射能量強(qiáng)度后，在矢量分析模塊進(jìn)行歸一化處理，克服了光源抖動(dòng)和光路損耗帶來的系統(tǒng)誤差，從而使得監(jiān)測(cè)到的結(jié)果更加穩(wěn)定可靠。9、本發(fā)明的扭轉(zhuǎn)傳感裝置與傳統(tǒng)的電類傳感器相比，由于其采用了光纖技術(shù)，所以具有不受電磁干擾、耐腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，無電火花等安全隱患。10、本發(fā)明的扭轉(zhuǎn)傳感裝置結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高，可實(shí)現(xiàn)溫度變化自校準(zhǔn)和光源抖動(dòng)抑制功能，具有成本低廉和易于組網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明扭轉(zhuǎn)傳感裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明扭轉(zhuǎn)傳感裝置的傳感探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明不同扭轉(zhuǎn)角度下P和S偏振態(tài)的反射峰值大小示意圖。圖4為本發(fā)明不同扭轉(zhuǎn)角度下P和S偏振態(tài)的反射能量強(qiáng)度變化曲線圖。圖5為本發(fā)明歸一化后的正向扭轉(zhuǎn)和反向扭轉(zhuǎn)的對(duì)比曲線圖。圖6為本發(fā)明歸一化后的正向扭轉(zhuǎn)和反向扭轉(zhuǎn)擬合曲線圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 :如圖1和圖2所示，本實(shí)施例的扭轉(zhuǎn)傳感裝置包括VCSEL光源1、偏振處理單元、傳感探頭、正交偏振解調(diào)處理單元以及光纖耦合器2，所述偏振處理單元、傳感探頭和正交偏振解調(diào)處理單元通過光纖耦合器2連接；所述偏振處理單元包括起偏器3和偏振控制器4，所述VCSEL光源1、起偏器3和偏振控制器4依次連接；所述傳感探頭包括單模光纖5、光纖扭轉(zhuǎn)器6以及保偏光纖探頭7，所述保偏光纖探頭7包括保偏光纖8和寫制于保偏光纖8內(nèi)的保偏光纖光柵9,所述單模光纖5與保偏光纖8纖芯準(zhǔn)直熔接，在單模光纖5與保偏光纖8熔接處形成的單模-保偏光纖熔接點(diǎn)10位于保偏光纖光柵9前端；所述光纖扭轉(zhuǎn)器6可扭轉(zhuǎn)作用于單模光纖5，保偏光纖探頭7的一端固定于光纖扭轉(zhuǎn)器6,另一端懸空；所述正交偏振解調(diào)處理單元包括偏振分束器11、第一光強(qiáng)探測(cè)器12、第二光強(qiáng)探測(cè)器13以及矢量分析模塊14，所述第一光強(qiáng)探測(cè)器10和第二光強(qiáng)探測(cè)器11分別與偏振分束器11的輸出端連接，所述第一光強(qiáng)探測(cè)器10和第二光強(qiáng)探測(cè)器11還分別與矢量分析模塊14連接。其中，所述VCSEL光源I通過電流驅(qū)動(dòng)，調(diào)整輸出光譜帶寬為廣2nm，由電流調(diào)節(jié)輸出光譜中心波長(zhǎng)，使其與保偏光纖光柵9纖芯模波長(zhǎng)匹配。所述光纖扭轉(zhuǎn)器6為一個(gè)均質(zhì)、對(duì)稱、各向同性且橫截面是同心圓的空心彈性體，其采用合金的材質(zhì)制成，光纖扭轉(zhuǎn)器6與保偏光纖探頭7固定的一端為扭轉(zhuǎn)端，其采用合金的彈性材料制成。所述光纖扭轉(zhuǎn)器6與保偏光纖探頭7固定的一端為扭轉(zhuǎn)端,所述光纖扭轉(zhuǎn)器6與單模-保偏光纖熔接點(diǎn)10之間的間距為4mm。所述單模-保偏光纖熔接點(diǎn)10與光纖光柵9之間的間距1mm。所述光纖光柵9為保偏光纖布拉格光柵,其長(zhǎng)度為8mm。本實(shí)施例的檢測(cè)方法如下I)電流驅(qū)動(dòng)VCSEL光源I輸出入射光，入射光經(jīng)過起偏器3轉(zhuǎn)變成偏振光，由偏振控制器對(duì)偏振光的偏振方向進(jìn)行調(diào)節(jié)，使偏振光的偏振方向與保偏光纖偏振方向相一致；2)偏振光通過光纖稱合器2稱合到單模光纖5內(nèi)，再經(jīng)過保偏光纖光柵9纖芯模反射，由于保偏光纖在其垂直截面兩正交偏振面固有的折射率差別，所以形成具有兩個(gè)相互正交的偏振態(tài)(P偏振態(tài)和S偏振態(tài))的反射偏振光,該反射偏振光形成的反射光譜為具有一定波長(zhǎng)間隔的雙峰，該雙峰分別對(duì)應(yīng)P偏振態(tài)和S偏振態(tài)；然后反射偏振光傳輸回單模光纖5，再次進(jìn)入光纖耦合器2，然后輸出至正交偏振解調(diào)處理單元，由偏振分束器11將偏振光的P偏振態(tài)和S偏振態(tài)的正交分量分開，通過第一光強(qiáng)探測(cè)器12和第二光強(qiáng)探測(cè)器13分別探測(cè)偏振光的P偏振態(tài)和S偏振態(tài)的反射能量強(qiáng)度；
3)此時(shí)，光纖扭轉(zhuǎn)器6扭轉(zhuǎn)作用于單模光纖5，使單模光纖5的扭轉(zhuǎn)角度發(fā)生變化，因光纖扭轉(zhuǎn)應(yīng)變和光纖有效折射率改變(彈光效應(yīng))，使進(jìn)入保偏光纖光柵9的偏振光偏振方向發(fā)生改變，導(dǎo)致反射偏振光的P偏振態(tài)和S偏振態(tài)的正交分量也發(fā)生變化；4)通過第一光強(qiáng)探測(cè)器12和第二光強(qiáng)探測(cè)器13分別探測(cè)變化后偏振光的兩個(gè)偏振態(tài)的反射能量強(qiáng)度，這樣反射光譜的雙峰大小將隨之改變，記錄不同扭轉(zhuǎn)角度的P偏振態(tài)和S偏振態(tài)的能量強(qiáng)度變化,如圖3和圖4所不；通過矢量分析模塊14對(duì)兩個(gè)偏振態(tài)的正交分量進(jìn)行先進(jìn)行歸一化，后采用擬合曲線進(jìn)行合成，如圖5和圖6所示；確定扭轉(zhuǎn)的角度和方向。實(shí)施例2 本實(shí)施例的扭轉(zhuǎn)傳感裝置包括VCSEL光源1、偏振處理單元、傳感探頭、正交偏振解調(diào)處理單元以及光纖環(huán)形器2，所述偏振處理單元、傳感探頭和正交偏振解調(diào)處理單元通過光纖環(huán)形器2連接。所述光纖扭轉(zhuǎn)器6與單模-保偏光纖熔接點(diǎn)10之間的間距為2mm。其余結(jié)構(gòu)和檢測(cè)方法同實(shí)施例1。以上所述，僅為本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明所公開的范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.正交偏振光纖光柵矢量扭轉(zhuǎn)傳感裝置，其特征在于包括VCSEL光源(I)、偏振處理單元、傳感探頭、正交偏振解調(diào)處理單元以及光纖環(huán)形器/耦合器(2)，所述偏振處理單元、傳感探頭和正交偏振解調(diào)處理單元通過光纖環(huán)形器/耦合器(2)連接；其中， 所述偏振處理單元包括起偏器(3 )和偏振控制器(4 )，所述VCSEL光源(I)、起偏器(3 )和偏振控制器(4)依次連接； 所述傳感探頭包括單模光纖(5)、可扭轉(zhuǎn)作用于單模光纖(5)的光纖扭轉(zhuǎn)器(6)以及一端固定于光纖扭轉(zhuǎn)器(6)且另一端懸空的保偏光纖探頭(7)，所述保偏光纖探頭(7)包括保偏光纖(8 )和寫制于保偏光纖(8 )內(nèi)的保偏光纖光柵(9 ),所述單模光纖(5 )與保偏光纖(8 )纖芯準(zhǔn)直熔接，在單模光纖(5)與保偏光纖(8)熔接處形成的單模-保偏光纖熔接點(diǎn)(10)位于保偏光纖光柵(9)前端； 所述正交偏振解調(diào)處理單元包括偏振分束器(11)、第一光強(qiáng)探測(cè)器(12)、第二光強(qiáng)探 測(cè)器(13)以及矢量分析模塊(14)，所述第一光強(qiáng)探測(cè)器(10)和第二光強(qiáng)探測(cè)器(11)分別與偏振分束器(11)的輸出端連接，所述第一光強(qiáng)探測(cè)器(10)和第二光強(qiáng)探測(cè)器(11)還分別與矢量分析模塊(14)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正交偏振光纖光柵矢量扭轉(zhuǎn)傳感裝置及其檢測(cè)方法，其特征在于所述VCSEL光源(I)通過電流驅(qū)動(dòng)，其輸出光譜帶寬為f2nm，輸出光譜中心波長(zhǎng)與保偏光纖光柵(9)纖芯模波長(zhǎng)匹配。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正交偏振光纖光柵矢量扭轉(zhuǎn)傳感裝置及其檢測(cè)方法，其特征在于所述光纖扭轉(zhuǎn)器(6)為一個(gè)均質(zhì)、對(duì)稱、各向同性且橫截面是同心圓的空心彈性體，其采用合金的材質(zhì)制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的正交偏振光纖光柵矢量扭轉(zhuǎn)傳感裝置及其檢測(cè)方法，其特征在于所述光纖扭轉(zhuǎn)器(6)與保偏光纖探頭(7)固定的一端為扭轉(zhuǎn)端，其采用合金的彈性材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的正交偏振光纖光柵矢量扭轉(zhuǎn)傳感裝置及其檢測(cè)方法，其特征在于所述光纖扭轉(zhuǎn)器(6)與單模-保偏光纖熔接點(diǎn)(10)之間的間距小于5_。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的正交偏振光纖光柵矢量扭轉(zhuǎn)傳感裝置及其檢測(cè)方法，其特征在于所述單模-保偏光纖熔接點(diǎn)(10)與保偏光纖光柵(9)之間的間距小于2mm o
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的正交偏振光纖光柵矢量扭轉(zhuǎn)傳感裝置及其檢測(cè)方法，其特征在于所述保偏光纖光柵(9)為保偏光纖布拉格光柵,其長(zhǎng)度小于10mm。
8.基于權(quán)利要求1所述扭轉(zhuǎn)傳感裝置的檢測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟 [I)電流驅(qū)動(dòng)VCSEL光源(I)輸出入射光，入射光經(jīng)過起偏器(3)轉(zhuǎn)變成偏振光，由偏振控制器對(duì)偏振光的偏振方向進(jìn)行調(diào)節(jié)，使偏振光的偏振方向與保偏光纖偏振方向相一致； [2 )偏振光通過光纖環(huán)形器/耦合器(2 )到達(dá)單模光纖(5 )內(nèi)，再經(jīng)過保偏光纖光柵(9 )纖芯模反射，形成具有兩個(gè)相互正交的偏振態(tài)的反射偏振光，傳輸回單模光纖(5),再次進(jìn)入光纖環(huán)形器/耦合器(2 )，然后輸出至正交偏振解調(diào)處理單元，由偏振分束器(11)將偏振光的兩個(gè)偏振態(tài)的正交分量分開，通過第一光強(qiáng)探測(cè)器(12)和第二光強(qiáng)探測(cè)器(13)分別探測(cè)偏振光的兩個(gè)偏振態(tài)的反射能量強(qiáng)度； [3)此時(shí)，光纖扭轉(zhuǎn)器(6)扭轉(zhuǎn)作用于單模光纖(5)，使單模光纖(5)的扭轉(zhuǎn)角度發(fā)生變化，光纖扭轉(zhuǎn)器(6)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)變使進(jìn)入保偏光纖光柵(9)的偏振光偏振方向發(fā)生改變，導(dǎo)致反射偏振光的兩個(gè)偏振態(tài)的正交分量也發(fā)生變化； 4)通過第一光強(qiáng)探測(cè)器(12)和第二光強(qiáng)探測(cè)器(13)分別探測(cè)變化后偏振光的兩個(gè)偏振態(tài)的反射能量強(qiáng)度，通過矢量分析模塊(14)對(duì)兩個(gè)偏振態(tài)的正交分量進(jìn)行矢量合成，確定扭轉(zhuǎn)的角度和方向。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的扭轉(zhuǎn)傳感裝置的檢測(cè)方法，其特征在于所述反射偏振光形成的反射光譜為具有一定波長(zhǎng)間隔的雙峰，該雙峰分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)偏振態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的扭轉(zhuǎn)傳感裝置的檢測(cè)方法，其特征在于步驟4)所述通過矢量分析模塊(14)對(duì)兩個(gè)偏振態(tài)的正交分量進(jìn)行矢量合成是先進(jìn)行歸一化，后采用擬合曲線進(jìn)行合成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種正交偏振光纖光柵矢量扭轉(zhuǎn)傳感裝置及其檢測(cè)方法，所述扭轉(zhuǎn)傳感裝置包括VCSEL光源、偏振處理單元、傳感探頭、正交偏振解調(diào)處理單元以及光纖環(huán)形器/耦合器，所述偏振處理單元、傳感探頭和正交偏振解調(diào)處理單元通過光纖環(huán)形器/耦合器連接；所述扭轉(zhuǎn)傳感裝置的檢測(cè)方法是以保偏光纖布拉格光柵為傳感單元，通過正交偏振矢量解調(diào)單元，同時(shí)得到兩組相互正交的偏振態(tài)能量強(qiáng)度信息，進(jìn)而通過矢量分析模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)扭轉(zhuǎn)角度和方向的精確測(cè)量。本發(fā)明的扭轉(zhuǎn)傳感裝置采用全光纖結(jié)構(gòu)，集成度高、穩(wěn)定性好，而且結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高，可實(shí)現(xiàn)溫度變化自校準(zhǔn)和光源抖動(dòng)抑制功能，具有成本低廉和易于組網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01B11/26GK103017687SQ201210525798
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者郭團(tuán), 關(guān)柏鷗, 尚立斌, 劉甫 申請(qǐng)人:暨南大學(xué)