專利名稱：利用非互易效應的光纖傳感器補償方法
技術領域：
本發(fā)明涉及利用非互易效應的強度調制型光纖傳感器補償方法。
為保證強度調制型光纖傳感器長期穩(wěn)定地工作，必須對光源發(fā)光功率，光纖損耗以及光電探測器響應度的變化加以補償。此外，對利用偏振特性變化的光纖傳感器，傳感材料的雙折射變化也必須加以補償。
現(xiàn)有的補償方法有(一).光橋補償法采用雙光源雙探測器，雙光源交替發(fā)光工作方式，其中一個光源發(fā)出的光通過傳感部分，另一路光源發(fā)出的光不通過傳感單元，只起補償光纖損耗及探測器漂移的作用。這種補償方法結構復雜，而且對傳感材料本身雙折射特性的變化無法補償。
(二).雙波長補償法讓兩種光強成比例不同波長的光沿同一路徑傳播，傳感部分對不同波長的光產生不同的調制，接收端將兩種波長的光分別探測出來，通過比例運算可消除光纖損耗對測量的影響。但由于不同波長的光對光纖損耗及探測器響應度的變化特性不能完全一致，同時這種補償方法也無法補償傳感材料自身雙折射變化對測量的影響，因此很難實現(xiàn)高精度測量。
利用物理效應的對稱性可使光纖傳感器對損耗和內部雙折射這些互易效應的變化不敏感，從而達到補償的作用。與現(xiàn)有的光纖傳感器補償方法相比，這種利用物理效應對稱性的補償方法簡單，可靠，便于向光電一體集成化方向發(fā)展。
本發(fā)明的目的是解決利用非互易效應的強度調制型光纖傳感器中互易效應的補償問題，降低光纖傳感器的成本，提高測量精度。
本發(fā)明的具體實施方案如下
附

圖1是利用非互易效應的強度調制型光纖傳感器補償原理示意圖。
如附圖(1)和(2)為兩支功率譜一致的非相干光源，(5)和(6)分別為兩支低損耗，分束比穩(wěn)定的光耦合器。光源(1)發(fā)出的光經光耦合器(5)分為兩路，其中一路直接傳入光電探測器(4)，另一路經光纖(7)傳入光纖傳感器(9)，再經過光纖(8)將調制后的光信號傳回，經光耦合器(6)分束后，其中一束光傳入光電探測器(3)。光源(2)發(fā)出的光經光耦合器(6)分束，其中一路光直接傳入光電探測器(4)，另一路光經光纖(8)傳入光纖傳感器(9)，再經過光纖(7)傳回，經光耦合器(5)分束后，其中一路光傳入光電探測器(3)。
利用非互易效應的光纖傳感器補償原理如下光源(1)和光源(2)采用脈沖交替工作方式。當光源(1)發(fā)光，光源(2)不發(fā)光時，探測器(3)和探測器(4)輸出的光電信號i3和i4分別為i3＝I1T5K6T6R3(1-L)f+(x) 〔1〕i4＝I1T5K5R4〔2〕當光源(2)發(fā)光，光源(1)不發(fā)光時，探測器(3)和探測器(4)輸出的光電信號i3′和i′4分別為i′3＝I2T6K5R3T5(1-L)f-(x) 〔3〕i′4＝I2T6K6R4〔4〕〔1〕，〔2〕，〔3〕，〔4〕式中I1，I2-光源(1)和光源(2)的發(fā)光功率;
T5，T6-光耦合器(5)和光耦合器(6)的透過率;
K5，K6-光耦合器(5)和光耦合器(6)的分束比;
R3，R4-光電探測器(3)和光電探測器(4)的響應度;
L-光纖(7)和光纖(8)以及傳感器(9)內吸收產生的傳輸損耗之和;
f+(x)，f-(x)-光纖傳感器(9)正向與反向傳輸光的調制函數。
對i3，i4，i′3，i′4作如下運算S＝(i3/i4-i′3/i′4)/(i3/i4+i′3/i′4)＝(f+(x)-(K5/K6)2T5/T6f-(x))/(f+(x)+(K5/K6)2·T5/T6f-(x)) 〔5〕對于低損耗分束比穩(wěn)定的3dB光耦合器(5)和光耦合器(6)，〔5〕式可簡化為S＝(f+(x)-f-(x))/(f+(x)+f-(x)) 〔6〕可見S與光源發(fā)光功率，光纖傳輸損耗以及光電探測器響應度無關，而且對傳感器(9)內的互易物理效應(即f+(x)＝f-(x))也進行補償，S僅與非互易效應對光產生的調制函數有關。
本項發(fā)明可用于強度調制型光纖傳感器的補償，以克服光源功率，光纖及傳感器內吸收產生的損耗，光電探測器響應度以及傳感材料自身雙折射等因素變化對測量產生的不利影響，提高測量的精度。
具體實施例方式基于法拉第效應的光纖磁傳感器。附圖2是傳感器結構原理圖。如附圖2所示，敏感材料采用YIG立方體，用中心波長為1.3μm的發(fā)光二極管作光源，偏振片(11)與偏振片(13)偏振方向相互成45°角。光源(1)發(fā)出的光經光纖(7)導入光纖傳感器(9)，經透鏡(15)準直，偏振片(11)起偏后，射到磁光晶體立方塊(12)上，經偏振片(13)檢偏，通過透鏡(14)聚焦，導入光纖(8)，傳回到光電探測器(3);同樣由光源(2)發(fā)出的光經光纖(8)由反向導入光纖傳感器(9)，經傳感器(9)調制后的光由光纖(7)傳回光電探測器(3)。外界磁場方向與傳感器(9)內光傳輸方向一致。正、反向傳光時光纖傳感器(9)的調制函數為f+(H)＝ 1/2 (1+sin(2V.L.H)) 〔7〕f-(H)＝ 1/2 (1-sin(2V.L.H)) 〔8〕S＝sin(2V.L.H) 〔9〕〔7〕，〔8〕，〔9〕式中V-磁光材料的費爾德常數;
L-磁光材料通光方向長度;
H-磁場強度。
對于YIG磁光材料，V為15°/Oem，根據量程選擇相應的磁光材料尺寸L，使光纖磁傳感器在測量范圍內V.L.H值變化為0～5°。這樣通過測量S值，便可求出相應的磁場強度H。
利用光纖材料本身的磁光效應，可制成功能型光纖電流傳感器。
權利要求
1.一種利用非互易效應的強度調制型光纖傳感器補償方法，其特征在于光源(1)發(fā)出的光經光耦合器(5)分束，一束直接進入光電探測器(4)，一束經光纖(7)傳輸，從正向射入光纖傳感器(9)，并由光纖(8)傳回，經光耦合(6)分束后，進入光電探測器(3)；光源(2)發(fā)出的光經光耦合器分束，一束直接進入光電探測器(4)，一束經光纖(8)傳輸，從反向射入光纖傳感器(9)，并由光纖(7)傳回，經光耦合器(5)分束后，進入光電探測器(3)。
2.根據權利要求1所述利用非互易效應的強度調制型光纖傳感器補償方法，其特征在于光纖傳感器(9)內采用磁光材料(12)，置于兩互成45°角的偏振片(11)和偏振片(13)之間，所述光纖傳感器(9)為光纖磁場傳感器。
全文摘要
用于利用非互易效應的強度調制型光纖傳感器的補償。本發(fā)明利用兩個低損耗，分束比穩(wěn)定的光耦合器的分束功能。將兩個光源發(fā)出的光依次從正、反兩個方向射入光纖傳感器(9)，利用互易效應與非互易效應傳感器調制函數的不同，達到補償的效果。本發(fā)明不僅可以補償光源功率，光纖損耗以及光電探測器響應度變化對測量的影響，還可以補償傳感材料本身固有雙折射變化對測量產生的不利影響。
文檔編號G02F2/00GK1059969SQ9010779
公開日1992年4月1日 申請日期1990年9月13日 優(yōu)先權日1990年9月13日
發(fā)明者方曉軍, 王安波, 林鈞岫, 何實, 金曉丹 申請人:大連理工大學