本實用新型涉及光纖傳感及檢測技術領域，尤其涉及一種光纖擾動系統偏振控制裝置。
背景技術：
目前，隨著社會和科技的不斷發展，人們的安全防范意識逐漸增強，機場、發電廠、銀行、油庫、政府、監獄、軍事基地等重要區域的安全保衛越來越重要。光纖擾動系統基于光波干涉技術實現入侵擾動檢測及定位，其優點是長距離監控、高精度定位功能、低能源依賴性、抗電磁干擾、抗腐蝕、高環境耐受性，具有傳統的安全防范系統所沒有的優勢。
兩束光產生干涉的重要條件之一就是參與干涉的光為線偏光且偏振方向一致，光纖擾動系統的定位算法就是基于同偏振方向線偏光干涉的假設上展開的。
光纖擾動系統主要用于周界防護、地震監測等，所用光纖長達數十公里甚至上百公里，若應用保偏光纖及其相應配套元件將非常昂貴，基于成本方面的考慮該系統所使用的傳感光纖均為普遍使用的單模光纖。
普通單模光纖由于幾何形狀彎曲、周圍溫度變化等隨機因素，以及其他非隨機誤差的影響，都會引起光纖雙折射，從而造成線偏光在普通單模光纖中傳輸時偏振態發生變化，導致線偏光的偏振態退化。偏振態退化不僅會影響干涉輸出信號質量，而且嚴重影響整個系統的定位精度。因此在光纖擾動系統中必須對干涉光采取偏振控制，補償干涉光偏振態的變化，從而提高整個系統的抗偏振衰落能力，提高系統的定位精度。
技術實現要素：
本實用新型的目的是提供一種光纖擾動系統偏振控制裝置，旨在克服現有的光纖擾動系統因使用普通單模光纖存在偏振態退化，而影響干涉輸出信號質量和定位精度的問題。
本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：
一種光纖擾動系統偏振控制裝置，包括基于雙Mach-Zehnder光纖干涉儀的基本分布式光纖傳感器、擠壓型偏振控制器、雙折射相位調制器、數據采集卡、計算機、單片機系統，其中：
基于雙Mach-Zehnder光纖干涉儀的基本分布式光纖傳感器包括光源、第一光纖耦合器、第一環形器、第二環形器、第二光纖耦合器、第三光纖耦合器、傳感光纜、第一光電探測器、第二光電探測器，該光纖傳感器用于產生干涉信號，進行擾動定位；其中，光源連接在第一光纖耦合器的第一端，第一光纖耦合器的第二端分別與第一環形器、第二環形器連接；第一環形器還分別與第一光電探測器、第二光纖耦合器連接，第二環形器還分別與第二光電探測器、第三光纖耦合器連接；第一光電探測器、第二光電探測器還分別與數據采集卡的輸入端連接；傳感光纜包括第一光纖、第二光纖，第一光纖、第二光纖并聯在第二光纖耦合器和第三光纖耦合器之間；
按照第一預定距離設置N個擠壓型偏振控制器串聯在第一光纖上，該偏振控制器還與單片機系統連接，該偏振控制器包括四個擠壓方向成45°交錯排列的光纖擠壓器，控制過程中使用其中的前兩個光纖擠壓器，對兩個光纖擠壓器施加不同組合的電壓能夠對輸入光波的偏振態進行不同的調制，從而輸出不同偏振態的光波；通過控制該偏振控制器，對第一光纖上光信號的偏振態實現偏振控制；
按照第二預定距離設置N個雙折射相位調制器串聯在第二光纖上，該相位調制器還與單片機系統連接，用于產生參考信號，在第二光纖上產生正弦相位調制，相位調制信號經過雙Mach-Zehnder光纖干涉儀干涉產生強度正弦調制，由第一光電探測器、第二光電探測器分別接收，若不存在偏振退化，第一光電探測器、第二光電探測器接收的兩路干涉信號具有固定時延且幅值相等；
數據采集卡的輸出端與計算機連接，用于對第一光電探測器、第二光電探測器接收到的電壓信號進行采集，并送入計算機處理；
計算機與數據采集卡和單片機系統連接，用于通過軟件編程實現對數據采集卡送入的采集信號的處理，以實現最佳調制電壓的迭代搜索，并將搜索到的最佳調制電壓通過單片機系統反饋到擠壓型偏振控制器和雙折射相位調制器；
單片機系統還分別與擠壓型偏振控制器和雙折射相位調制器連接，通過與計算機進行通信，輸出數字信號直接控制偏振控制器；輸出正弦波信號，對相位調制器進行調制。
在上述實施例的基礎上，進一步地，該裝置的實現方式為：
在光纖擾動系統中，將傳感光纖一臂的光信號輸入到擠壓型偏振控制器中，經過偏振控制后兩路干涉信號分別進入第一光電探測器、第二光電探測器，數據采集卡采集兩路信號并將信號送入計算機；
計算機根據所反饋的兩路干涉信號的相關度調整混沌粒子群優化算法中各粒子的位置向量，即改變各位置向量對應的外加到擠壓型偏振控制器擠壓器上的電壓值，對擠壓型偏振控制器入射光波的偏振態進行連續控制并利用反饋信號進行最優值搜索，直到反饋信號對應的兩路信號的相關度滿足搜索終止條件時停止。
在上述任意實施例的基礎上，進一步地，所述光源為連續單色激光器。
在上述任意實施例的基礎上，進一步地，所述雙折射相位調制器的材質采用鈮酸鋰。
本實用新型的有益效果是：
本實用新型提供了一種光纖擾動系統偏振控制裝置，通過該調值電壓值控制擠壓型偏振控制器來對光信號偏振態進行調制。本裝置調整光纖擾動系統的一路光纖中信號光的偏振態，使干涉兩臂的偏振態盡量保持一致，從而有效地提高了光纖擾動系統的抗偏振退化能力，并很大程度上消除了單模光纖雙折射對系統的擾動定位精度的影響，提高了系統的定位精度。
附圖說明
下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1示出了本實用新型實施例提供的一種光纖擾動系統偏振控制裝置的結構示意圖。
圖中，1、光源，2、第一光纖耦合器，301、第一環形器，302、第二環形器，401、第二光纖耦合器，402、第三光纖耦合器，5、擠壓型偏振控制器，6、雙折射相位調制器，7、傳感光纜，801、第一光電探測器，802、第二光電探測器，9、數據采集卡，10、計算機，11、單片機系統。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不限定本實用新型。
如圖1所示，本實用新型實施例提供了一種光纖擾動系統偏振控制裝置，基于雙Mach-Zehnder光纖干涉儀的基本分布式光纖傳感器包括光源1、第一光纖耦合器2、第一環形器301、第二環形器302、第二光纖耦合器401、第三光纖耦合器402、傳感光纜7、第一光電探測器801、第二光電探測器802，該光纖傳感器用于產生干涉信號，進行擾動定位，其中：光源1連接在第一光纖耦合器2的第一端，第一光纖耦合器2的第二端分別與第一環形器301、第二環形器302連接；第一環形器301還分別與第一光電探測器801、第二光纖耦合器401連接，第二環形器302還分別與第二光電探測器802、第三光纖耦合器402連接；第一光電探測器801、第二光電探測器802還分別與數據采集卡9連接；傳感光纜7包括第一光纖701、第二光纖702，第一光纖701、第二光纖702并聯在第二光纖耦合器401和第三光纖耦合器402之間；擠壓型偏振控制器5串聯在第一光纖701上，擠壓型偏振控制器5還與單片機系統11連接；雙折射相位調制器6串聯在第二光纖702上，雙折射相位調制器6還與單片機系統11連接；
按照第一預定距離設置N個擠壓型偏振控制器5串聯在第一光纖701上，該偏振控制器5還與單片機系統11連接，該偏振控制器5包括四個擠壓方向成45°交錯排列的光纖擠壓器，控制過程中使用其中的前兩個光纖擠壓器，對兩個光纖擠壓器施加不同組合的電壓能夠對輸入光波的偏振態進行不同的調制，從而輸出不同偏振態的光波；系統通過控制該偏振控制器5，對第一光纖701上光信號的偏振態實現偏振控制；
按照第二預定距離設置N個雙折射相位調制器6串聯在第二光纖702上，該相位調制器6還與單片機系統11連接，用于產生參考信號，在第二光纖702上產生正弦相位調制，相位調制信號經過雙Mach-Zehnder光纖干涉儀干涉產生強度正弦調制，由第一光電探測器801、第二光電探測器802分別接收，若不存在偏振退化，第一光電探測器801、第二光電探測器802接收的兩路干涉信號具有固定時延且幅值相等；
數據采集卡9的輸出端與計算機10連接，用于對第一光電探測器801、第二光電探測器802接收到的電壓信號進行采集，并送入計算機10處理；
計算機10與數據采集卡9和單片機系統11連接，用于通過軟件編程實現對數據采集卡9送入的采集信號的處理，以實現最佳調制電壓的迭代搜索，并將搜索到的最佳調制電壓通過單片機系統11反饋到擠壓型偏振控制器5和雙折射相位調制器6；
單片機系統11還分別與擠壓型偏振控制器5和雙折射相位調制器6連接，通過與計算機10進行通信，輸出數字信號直接控制偏振控制器5；輸出正弦波信號，對相位調制器6進行調制。
本實用新型實施例在雙馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀結構的基礎上，引入了數據采集卡9、計算機10、單片機系統11、擠壓型偏振控制器5和雙折射相位調制器6，應用本裝置進行偏振控制時的使用場景可以是這樣的：給第一光纖701上的擠壓型相位調制器5施加一定頻率和幅值的正弦波，作為參考信號；判斷光纖擾動系統中兩個光電探測器801、802接收的兩路信號的相關度是否大于所設定的閾值，若相關度小于閾值，則利用混沌粒子群優化算法對施加到偏振控制器5兩個擠壓器上的最佳電壓值進行迭代搜索，利用該最佳電壓值實現偏振控制，從而補償光的偏振態改變，完成分布式光纖振動傳感系統的偏振控制過程。本實用新型實施例采用混沌粒子群優化算法作為偏振控制的算法，以光纖擾動系統中兩個光電探測器801、802接收的兩路信號的相關度作為反饋信號，利用混沌粒子群優化算法搜索兩路信號相關度最高時對應的擠壓型偏振控制器5的調制電壓值，通過該調值電壓值控制擠壓型偏振控制器5來對光信號偏振態進行調制。本裝置利用混沌粒子群優化算法調整光纖擾動系統的一路光纖中信號光的偏振態，使干涉兩臂的偏振態盡量保持一致，從而有效地提高了光纖擾動系統的抗偏振退化能力，并很大程度上消除了單模光纖雙折射對系統的擾動定位精度的影響，提高了系統的定位精度。
本實用新型實施例對該裝置的實現方式不做限定，在上述實施例的基礎上，優選的，該裝置的實現方式可以為：在光纖擾動系統中，將傳感光纖一臂的光信號輸入到擠壓型偏振控制器5中，經過偏振控制后兩路干涉信號分別進入第一光電探測器801、第二光電探測器802，數據采集卡9采集兩路信號并將信號送入計算機10；計算機10根據所反饋的兩路干涉信號的相關度調整混沌粒子群優化算法中各粒子的位置向量，即改變各位置向量對應的外加到擠壓型偏振控制器5擠壓器上的電壓值，對擠壓型偏振控制器5入射光波的偏振態進行連續控制并利用反饋信號進行最優值搜索，直到反饋信號對應的兩路信號的相關度滿足搜索終止條件時停止。
本實用新型實施例對光源1不做限定，在上述任意實施例的基礎上，優選的，所述光源1可以為連續單色激光器。
本實用新型對相位調制器的材質不做限定，可以選用鈮酸鋰(LiNbO3)、砷化鎵(GaAs)或聚合物(Polymer)等作為相位調制器的材料，在上述任意實施例的基礎上，優選的，所述雙折射相位調制器的材質可以采用鈮酸鋰。砷化鎵和聚合物調制器中的光波導為帶脊波導，其與單模光纖光連接的損耗比鈮酸鋰波導與單模光纖要大得多，聚合物調制器的長期穩定性也不理想，因此本發明實施例可以選用鈮酸鋰調制器，鈮酸鋰雙折射相位調制器由鈦擴散工藝制作光波導，輸入輸出光纖與波導精密斜耦合，利用鈮酸鋰材料的電光效應對通過光波導的TE、TM模光信號實現相位調制。
需要說明的是，在不沖突的情況下，本實用新型中的實施例及實施例中的特征可以相互組合；另外，本實用新型涉及的功能、算法、方法等僅僅是現有技術的常規適應性應用，因此，本實用新型對于現有技術的改進，實質在于硬件之間的連接關系，而非針對功能、算法、方法本身，也即本實用新型雖然涉及一點功能、算法、方法，但并不包含對功能、算法、方法本身提出的改進，本實用新型對于功能、算法、方法的描述，是為了更好的說明本實用新型，以便于更好的理解本實用新型。
盡管本實用新型已進行了一定程度的描述，明顯地，在不脫離本實用新型的精神和范圍的條件下，可進行各個條件的適當變化。可以理解，本實用新型不限于所述實施方案，而歸于權利要求的范圍，其包括所述每個因素的等同替換。