專利名稱：在線偏振光時域反射光纖傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在光纖傳感領(lǐng)域利用在線偏振光時域反射實現(xiàn)相關(guān)檢 測的裝置。
背景技術(shù)：
光時域反射技術(shù)(Optical Time Domain Reflection-OTDR)是比較成熟的一種技術(shù)，主要是通過發(fā)射一定功率的低速調(diào)制光信號，利用反 射回的光信號特征來測量光路的長度。這種測量方法除了長度外得不到 其他信息。因此，國外有人提出了基于偏振分析的光時域反射技術(shù) (Polarization OTDR,P-OTDR)， 通過分析反射信號的偏振特性，可以得 到其他一些有用的信息，例如傳輸光路的偏振模色散值等等。目前國內(nèi) 外對這方面的研究很多，但主要只有兩種結(jié)構(gòu)(如圖1所示)第一種 采用光耦合器和阻斷式(Terminated)偏振分析儀構(gòu)成，第二種則只采用偏 振控制器外加偏振片的方式。雖然第二種方式看起來簡單一些，但存在 兩個主要問題(1)測量精度低，因為采用的不是偏振分析儀，只是利 用部分偏振信息；(2)存在測量結(jié)果突變或完全錯誤的可能性，這主要 是由于偏振片的采用，兩個相差180度的偏振態(tài)可能得到相同的測量結(jié) 果。第一種結(jié)構(gòu)也存在一個主要問題由于采用了光耦合器，測量結(jié)果 會受到耦合其特性(包括干擾)的影響。另一方面，目前光纖傳感技術(shù)的發(fā)展也很迅速，尤其在相關(guān)行業(yè)，例如鐵路運輸中。鐵路速度的提高必然對常規(guī)監(jiān)控或傳感技術(shù)的挑戰(zhàn)， 包括如何實現(xiàn)高速列車的定位，速度的測量，運營環(huán)境的預(yù)警等等。光 纖傳感器由于其高速，抗干擾性和適應(yīng)不同惡劣環(huán)境的優(yōu)勢，可以為相 關(guān)行業(yè)的發(fā)展做出貢獻。而采用偏振分析方法進行傳感則是其中一種非 常有前景的技術(shù)。 發(fā)明內(nèi)容鑒于已有技術(shù)的以上缺點，我們提出了 一種新型在線偏振光時域反 射光纖傳感裝置。本發(fā)明的目的是通過如下的手段實現(xiàn)的-在線偏振光時域反射光纖傳感裝置，采用偏振分析的光時域反射技 術(shù)獲取反射信號的偏振特性，包括光發(fā)射源，作用在發(fā)射光源上使其 產(chǎn)生光脈沖序列輸出的調(diào)制信號源，光隔離器，傳輸光纖，對傳輸光纖 反射回來的光進行收集的逆向偏振探測單元，接收逆向偏振探測單元送 入的偏振特性信號并進行相關(guān)的檢測和分析的傳感檢測單元；所述逆向 偏振探測單元的光路采用系列偏振分束鏡接收傳輸光纖反射回來的光 后將各分路光輸送給相應(yīng)的系列偏振元件，經(jīng)過系列偏振元件的光進入 光電探測器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電信號后輸入傳感檢測單元進行偏振特性信號 處理。采用本發(fā)明可以得到比現(xiàn)有技術(shù)更為方便有效的在線偏振監(jiān)控裝置。


-圖1為現(xiàn)有技術(shù)兩種偏振光時域反射測量的原理圖。(a)采用光耦 合器和阻斷式(Terminated)偏振分析儀構(gòu)成方式；(b)為采用偏振控制器外加偏振片的構(gòu)成方式。圖2為本發(fā)明在線偏振光時域反射光纖傳感裝置結(jié)構(gòu)圖。 圖3為本發(fā)明中逆向偏振探測單元的光路圖。 圖4為本發(fā)明的一個應(yīng)用實施例圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。在圖2中，與其它裝置類似，光發(fā)射源101被調(diào)制信號源102驅(qū)動， 產(chǎn)生系列光脈沖信號，經(jīng)光隔離器103后進入逆向偏振探測單元104。 逆向偏振探測單元對正向傳輸?shù)墓?由光源方向來的)不反應(yīng)，而對進 入傳輸光纖105后反射回來的光進行收集，并送到傳感檢測單元106中 進行相關(guān)的檢測和分析，得到相應(yīng)的偏振態(tài)及其分布。由于沒有光耦合 器，偏振分析儀分析的直接就是反射光的信息，因光耦合器可能導致的 光路干擾的影響大大減少。圖3為本發(fā)明中逆向偏振探測單元104的光路圖由光纖201反射 回的光到達偏振分析儀后，其光束被一系列部分(例如2-5%)偏振分束 鏡202分出不同部分，每一部分又通過不同的光學元件例如O度偏振 片203 (檢測O度線偏振分量)，90度偏振片204 (檢測90度線偏振分 量)，45度偏振片205 (檢測45度線偏振分量)構(gòu)成的線偏振分量分路; 由四分之一波片206和45度偏振片207 (檢測圓偏振分量)構(gòu)成的圓偏 振分量檢測分路。208為光電探測器(將光信號轉(zhuǎn)化為電流信號)，接收 經(jīng)過不同光學元件后的光強，通過不同光學分量的測量，可以分析到光 信號的偏振態(tài)。圖4描述了一個具體實施例子光源采用1550rnn波長的DFB激光 器(NLK1556STG)，由于輸出功率只有幾個毫瓦，采用摻鉺光纖放大器 對輸出進行放大到十幾毫瓦，保證反射回來的功率在探測范圍內(nèi)。由于 一般的光放大器中已經(jīng)有光隔離器，輸出光經(jīng)過逆向偏振探測單元(在 本實施例中簡單地采用將市場上通用光電公司生產(chǎn)的在線偏振分析儀 反用的方式，即輸入和輸出顛倒使用)后進入傳輸光纖。傳輸光纖反射 回的信號由逆向偏振探測單元(采用圖3的結(jié)構(gòu)，其中光電探測器型號 為SWT-PDS473-01)探測后進行分析處理，得到相應(yīng)的偏振態(tài)分布。通 過在光纖中某點加壓的方式，我們可以看到偏振態(tài)分布的改變，從而實 現(xiàn)有效傳感。傳輸光纖中不同參數(shù)的改變都有可能對反射回的偏振態(tài)及分布產(chǎn) 生影響，這些參數(shù)包括溫度，壓力，偏振耦合等等，因此，在不同的環(huán) 境情況下，可以利用偏振分析得到相關(guān)參數(shù)的變化(或趨勢)，實現(xiàn)傳 感的目的。類似的原理可以應(yīng)用到鐵路隧道中火警的預(yù)報(溫度劇變)，高速 列車的定位(震動)，路基滑坡的預(yù)警等等，當然在具體應(yīng)用中需要根 據(jù)實際情況對光纖傳感的檢測略作調(diào)整或優(yōu)化，以適應(yīng)不同的需求。
權(quán)利要求
1. 一種在線偏振光時域反射光纖傳感裝置，采用偏振分析的光時域反射技術(shù)獲取反射信號的偏振特性，包括光發(fā)射源101，作用在發(fā)射光源上使其產(chǎn)生光脈沖序列輸出的調(diào)制信號源102，光隔離器103，傳輸光纖105，對傳輸光纖反射回來的光進行收集的逆向偏振分析單元104，接收逆向偏振分析單元送入的偏振特性信號并進行相關(guān)的檢測和分析的傳感檢測單元106；所述逆向偏振探測單元的光路采用系列偏振分束鏡接收傳輸光纖反射回來的光后將各分路光輸送給相應(yīng)的系列偏振元件，經(jīng)過系列偏振元件的光進入光電探測器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電信號后輸入傳感檢測單元106進行偏振特性信號處理。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述之在線偏振光時域反射光纖傳感裝置，其特征在于，所述逆向偏振探測單元的光路采用系列部分偏振分束鏡接收傳輸光纖反射回來的部分光后分別輸送至以0度偏振片、90度偏 振片和45度偏振片構(gòu)成的線偏振分量分路和由四分之一波片和45度 偏振片構(gòu)成的圓偏振分量檢測分路。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述之在線偏振光時域反射光纖傳感裝置，其特 征在于，所述光隔離器可以由己包含光隔離器的光纖放大器代替。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在線偏振光時域反射光纖傳感裝置，采用偏振分析的光時域反射技術(shù)獲取反射信號的偏振特性，包括光發(fā)射源，作用在發(fā)射光源上使其產(chǎn)生光脈沖序列輸出的調(diào)制信號源，光隔離器，傳輸光纖。對傳輸光纖反射回來的光進行收集的逆向偏振探測單元中系列偏振分束鏡接收傳輸光纖反射回來的光后將各分路光輸送給相應(yīng)的系列偏振元件，經(jīng)過系列偏振元件的光進入傳感檢測單元轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電信號后輸入傳感檢測單元進行偏振特性信號處理。通過在線測量反射信號偏振態(tài)的變化規(guī)律，得到相關(guān)參數(shù)，并利用這些參數(shù)實時監(jiān)測或預(yù)警。
文檔編號G02B6/26GK101271006SQ20081004440
公開日2008年9月24日 申請日期2008年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者煒 潘, 斌 羅, 閆連山 申請人:西南交通大學