光纤分布式传感器抗偏振衰落技术研究

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于干涉型光纤水听器的全光纤阵列相比，其内部无分立光学器件，降低了阵列的复杂性。在光路结构中，由于光纤不均匀等因素的影响，由低双折射光纤构成的光路都会引入传输光偏振态的随机变化，从而导致输出干涉条纹可见度下降，对还原传感信号产生不利影响。
没有关联。从普适情况出发，设信号臂和参考臂的
脉冲光电矢量Ｅ和Ｅ均为椭圆偏振态，方位角和椭率角分别为、占和Ｏｒ、占的椭圆偏振态，其
琼斯矢量ｐ表示为：
在光纤传感技术中，抗偏振衰落有多种方法目前在干涉型光纤水听器光路结构中，一般采用法拉第旋镜作为端面反射镜来抑制偏振衰落。在分布式光纤传感阵列中，法拉第旋镜被光纤光栅所
ｏｓ０）ｏｓ０）［（Ｅｓｘ）（（ｇｒＥ］ × ｃｘ）・（ｃ
，
输出的光脉冲干涉信号通过透镜扩束成强度均匀
的３束光，各自通过检偏角相差６０。的３个偏振膜，
分别被３个光电探头（ＰＤ）接收，光电探测模块内
的光路、电路设计可以保持测试得到的信号同步。
ＰＤ
ｏｓ０［（Ｅｇｓｘ）（ｃ
・
Ｅ
ｓｉｒ１ｆ９
ｏｓ０￣ｘ）・（ｃ）］
，
ｓｉｒ１ｆ９
提取式（２）中的干涉项：
Ｉｔ＝
ｒｘ
Ｅｓ： ’ＥｓｘＥｒ：）ｃｏｓ０＋
６
陆曼等：光纤分布式传感器抗偏振衰落技术研究
１＝２Ｅ，Ｅ
ｒ
｛［（ｃｏｓＣＯＳＣＯＳＯｒＣＯＳ，６ｒ＋ｓｉｎｒＯｓｉｎｃｓｓｉｎｒＯｓｉｎｃ，）ＣＯＳ＋、
合自动增益控制算法的信号处理方式来消除信号幅度波动。
Ｅｄ
・
Ｊ ’ 光强输出：
（２）
７ｓｉｒｌ６
ｓｉｒ１ｆ９
ｌ三态偏振分集检测原理与分析
三态偏振分集检测原理如图１所示。将干涉仪
，＝・ｌ＋，．Ｉ＝
分布式光纤传感技术是利用光纤同时作为传感元件和信号传输载体，其工作原理是通过检测光
纤中反向散射（或反射）引起的强度、频率、偏振态、相位等的变化，实现对传感器实时检测。与基
能同时为零，采用相应叠加处理可抑制幅度随机波动。在后续处理中加入自动增益控制处理，能够得到一个较为稳定的输出。假设ＰＤ输出各自的偏振态是任意的，偏振态
（ｓｉｎ０ｓｓｉｎｃｓｃｏｓ０ｒｓｉｎ一ＣＯＳＣＯＳ，６ｓｓｉｎｒＯｓｉｎ占）ｓｉｎ￣］ｃｏｓ０＋
［（ｓｉｎｅｓＣＯＳ，６ｓｓｉｎｒＯＣＯＳＥＣＯＳ８ｓｓｉｎｅｓｃｏｓ０ｒｓｉｎ￡ｃｏｓ￣＋（ｓｉｎＯ￣ＣＯＳ，６ｃｏｓｒＯｓｉｎ，一ｃｏｓｒｏｓｉｎ，６ｓｉｎｒＯＣＯＳ，６）ｓｉｎｑ￣］ｓｉｎ０＋
＋）ｓｉｎ＋
（
一
Ｅｓ： Байду номын сангаас ＥＥｓｘ＋ＥＥ＋ＥＥｓｎ０ｃｏｓ０
图ｌ三态偏振分集检测原理图
令＝一为干涉仪两臂的相位差，包含检
三路信号随着干涉仪两臂的偏振态变化不可
２０１３年第４期
声学与电子工程
总第１１２期
光纤分布式传感器抗偏振衰落技术研究
陆曼张自丽
（第七一五研究所，杭州，３１００１２）
摘要对光纤分布式传感器的三态偏振分集检测方法进行了理论分析，提出将输出信号经过偏振膜产生三态并平方和相加的处理方式，实现了系统抗偏振衰落。进一步分析，在信号处理后续增加自动增益控制设计，得到较为稳定的检测信号幅度。仿真结果验证了理论推导的可行性，并分析了Ｃ值波动对系统性能的影响。关键词光纤分布式；光纤光栅；抗偏振衰落；分集检测；自动增益控制
［１－３］
。
［乏］＝ｅＸｐｃ［二萋耋］］＝ｅｊ）『嚣 ≥ ］
其中和Ｅ分别是矢量和巨的振幅，和分别是矢量和巨的相位。设两臂的干涉信号通
过与Ｘ轴夹角为０的ＰＤ探头，检偏角矩阵形式厂，ｃ０ｓ、
＿．
替代。本文提出采用三态偏振分集检测的方法来抑制分布式光纤传感器的随机偏振衰落。这一思想的
提出最早可追溯到１９８４年ｌ４Ｊ。本文对此方法进行了理论推导和分析，提出三态信号平方相加，后续结