一种双M-Z型光纤传感偏振控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种双M

【技术实现步骤摘要】
一种双M-Z型光纤传感偏振控制系统


[0001]本专利技术涉及偏振控制
，尤其涉及一种双M-Z型光纤传感偏振控制系统。

技术介绍

[0002]在基于双M-Z的长距离分布式光纤定位系统中，受热应力、机械应力以及纤芯截面不规则等因素的影响，光纤中传输的光的偏振态呈现随机变化。
[0003]偏振态的随机变化导致干涉仪末端出现不同程度的偏振衰落，输出光信号的形态畸变或有效幅值减小，从而使得分布式光纤振动传感器的振动事件检测性能降低甚至失效，导致分布式光纤振动传感器的两干涉输出光信号的末端均出现非均衡干涉畸变。由于两干涉输出光信号(功率信号)的幅值、相位、形态呈现非均匀变化，使得分布式光纤振动传感器的振动事件定位精度大幅降低甚至无法实现定位。
[0004]现有的偏振控制方法，一般是通过调节单路光强度信号的偏振态来实现两路光强度信号偏振态之间的重合，但受双MZ光路本身的影响，两路光强度信号偏振态之间相互耦合，在调节其中一路偏振态的同时，另一路偏振态也在产生变化，使得整个偏振控制系统产生内部干扰。同时，在调节偏振态的过程当中，整个系统基本属于失效状态，因此，如何快速高效地调节偏振态成为当前亟需解决的关键技术问题。

技术实现思路

[0005]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种双M-Z型光纤传感偏振控制系统，用以解决现有技术两路偏振态互相耦合、互相干扰的问题。
[0006]一方面，本专利技术实施例提供了一种双M-Z型光纤传感偏振控制系统，包括依次连接的:
[0007]双MZ型光强度调制器，用于产生两路大小、方向相同的光强度信号；
[0008]FPGA采集模块，用于采集上述两路光强度信号，获取二者的相似度和能量比，以此判断是否要产生偏振驱动信号，以及，将产生的所述偏振驱动信号发送至电动偏振控制模块；
[0009]电动偏振控制模块，用于接收到所述偏振驱动信号后，修正双MZ型光强度调制器输出的两路光强度信号的偏振态。
[0010]上述技术方案的有益效果如下：由于MZ型光强度调制器的传递函数为非线性函数，工作时受环境温度、外电场、机械应力等外界因素以及器件固有缺陷的影响，导致工作失效。双MZ型光强度调制器长时间工作时，其输出信号会随时间、温度发生漂移，导致信号失真，因此，需要对MZ型光强度调制器输出的光强度信号进行采样并对输出光路进行调节。上述设置可以有效提高双MZ光路偏振态控制的效率，减少控制次数，同时简化了控制电路，相比现有技术，解决了调节过程中计算量大、延时高及调节不准确等问题。
[0011]基于上述方法的进一步改进，所述FPGA采集模块进一步包括依次连接的：
[0012]光电探测器，用于采集双MZ型光强度调制器输出的两路大小、方向相同的光强度
信号，转换成对应的模拟电信号；
[0013]预处理子模块，用于对两路光强度信号对应的模拟电信号分别依次进行低频滤波和降噪处理；
[0014]AD转换器，用于将预处理后的两路光强度信号转换成数字形式；
[0015]FPGA采集卡，用于获取两路所述数字形式的光强度信号的相似度和能量比，以此判断是否要产生偏振驱动信号，以及，将产生的所述偏振驱动信号发送至电动偏振控制模块。
[0016]上述进一步改进方案的有益效果是：由于FPGA采集卡可以进行并行计算，流水线操作，运算速度比较快，因此，通过上述FPGA采集模块的设置，可以使得整个控制过程加速。同时，可通过在双MZ型光强度调制器输出信号端加正弦波信号调制，产生两路大小、方向相同的正弦波光强度信号模拟产生扰动输入，提高实际偏振态调节的效率，减少调节时间，排除输入带来的干扰。
[0017]进一步，所述FPGA采集卡，还用于控制电动偏振控制模块的修正过程，确定双MZ型光强度调制器输出的两路光强度信号的偏振态达到最佳相关度。
[0018]上述进一步改进方案的有益效果是：通过FPGA采集卡控制了电动偏振控制模块的修正过程，利用FPGA的并行运算加速，可以有效地减少系统延时，提升控制效率，最大效率地利用电动偏振控制器进行光强度输出信号的调整。
[0019]进一步，所述FPGA采集模块同时产生四路相同模拟形式的偏振驱动信号,每路模拟形式的偏振驱动信号用于驱动电动偏振控制模块挤压双MZ型光强度调制器输出光纤的一个方向，以修正对应方向上两路光强度信号的偏振态；
[0020]所述电动偏振控制模块进一步包括依次连接的：
[0021]DA转换器，用于将接受到的FPGA采集模块发送的四路模拟形式的偏振驱动信号转换成数字形式；
[0022]压电型偏振控制器，用于接收到每路所述数字形式的偏振驱动信号后，驱动对应的压电陶瓷对双MZ型光强度调制器传输光纤的对应方向进行挤压。
[0023]上述进一步改进方案的有益效果是：设置的电动偏振控制模块结构简单，对双MZ型光强度调制器的输出信号控制程度高。
[0024]进一步，所述FPGA采集卡执行如下程序判断是否要产生偏振驱动信号：
[0025]系统初始化，将x＝0写入FLASH地址1，T2＝0写入FLASH地址2，其中，x为计数单元，T2为环境温度；
[0026]获取当前环境温度T1，并从FLASH地址2中读取所述T2，判断是否满足-T0<T
2-T1<T0；如果满足，将T1写入FLASH地址2，从FLASH地址1中读取x，令x自动加1，判断是否满足x≥1，如果x≥1，执行下一步，否则，将x＝0写入FLASH地址1，系统进入休眠；如果不满足，执行下一步；T0表示预设温度差；
[0027]获取两路光强度信号的余弦相似度和能量比进而获得系统偏振控制指标e，根据所述e与预设值比较判断是否产生偏振驱动信号，如果所述e小于预设值，产生偏振驱动信号，否则，不产生偏振驱动信号。
[0028]上述进一步改进方案的有益效果是：创新性地提出了使用余弦相似度及能量比进行控制指标的衡量，有效利用余弦相似度的精确度和能量比的快速性，达到控制性能和控
制速度的均衡。
[0029]进一步，所述与所述分别通过下面公式获得
[0030][0031][0032]式中，A
i
表示一路光强度信号的幅值，B
i
表示另一路光强度信号的幅值，i表示第i个数据，m表示余弦相似度计算所需的采样点数，n-m表示能量比计算所需的采样点数，n表示总样本个数。
[0033]上述进一步改进方案的有益效果是：通过上述具体的计算方法，在计算过程当中可以直接对数据进行离散化处理。
[0034]进一步，所述系统偏振控制指标e通过下面公式获得
[0035][0036]a1+a2＝1
[0037]式中，a1、a2为实现标定的两个指标的权重值。
[0038]上述进一步改进方案的有益效果是：通过余弦相似度和能量比的归一化，使得控制指标控制在1以内，可以非常方便地进行系统偏振控制指标的量化比对。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双M-Z型光纤传感偏振控制系统，其特征在于，包括依次连接的：双MZ型光强度调制器，用于产生两路大小、方向相同的光强度信号；FPGA采集模块，用于采集上述两路光强度信号，获取二者的相似度和能量比，以此判断是否要产生偏振驱动信号，以及，将产生的所述偏振驱动信号发送至电动偏振控制模块；电动偏振控制模块，用于接收到所述偏振驱动信号后，修正双MZ型光强度调制器输出的两路光强度信号的偏振态。2.根据权利要求1所述的双M-Z型光纤传感偏振控制系统，其特征在于，所述FPGA采集模块进一步包括依次连接的：光电探测器，用于采集双MZ型光强度调制器输出的两路大小、方向相同的光强度信号，转换成对应的模拟电信号；预处理子模块，用于对两路光强度信号对应的模拟电信号分别依次进行低频滤波和降噪处理；AD转换器，用于将预处理后的两路光强度信号转换成数字形式；FPGA采集卡，用于获取两路所述数字形式的光强度信号的相似度和能量比，以此判断是否要产生偏振驱动信号，以及，将产生的所述偏振驱动信号发送至电动偏振控制模块。3.根据权利要求2所述的双M-Z型光纤传感偏振控制系统，其特征在于，所述FPGA采集卡，还用于控制电动偏振控制模块的修正过程，确定双MZ型光强度调制器输出的两路光强度信号的偏振态达到最佳相关度。4.根据权利要求2或3所述的双M-Z型光纤传感偏振控制系统，其特征在于，所述FPGA采集模块同时产生四路相同模拟形式的偏振驱动信号,每路模拟形式的偏振驱动信号用于驱动电动偏振控制模块挤压双MZ型光强度调制器输出光纤的一个方向，以修正对应方向上两路光强度信号的偏振态；所述电动偏振控制模块进一步包括依次连接的：DA转换器，用于将接受到的FPGA采集模块发送的四路模拟形式的偏振驱动信号转换成数字形式；压电型偏振控制器，用于接收到每路所述数字形式的偏振驱动信号后，驱动对应的压电陶瓷对双MZ型光强度调制器传输光纤的对应方向进行挤压。5.根据权利要求2或3所述的双M-Z型光纤传感偏振控制系统，其特征在于，所述FPGA采集卡执行如下程序判断是否要产生偏振驱动信号：系统初始化，将x＝0写入FLASH地址1，T2＝0写入FLASH地址2，其中，x为计数单元，T2为环境温度；获取当前环境温度T1，并从FLASH地址2中读取所述T2，判断是否满足-T0&lt;T
2-T1&lt;T0；如果满足，将T1写入FLASH地址2，从FLASH地址1中读取x，令x自动加1，判断是否满足x≥1，如果x≥1，执行下一步，否则，将x＝0写入FLASH地址1，系统进入休眠；如果不满足，执行下一步；T0表示预设温度差；获取两路光强度信号的余弦相似度和能量比进而获得系统偏振控制指标e，根据所述e与预设值比较判断是否要产生偏振驱动信号，如果所述e小于预设值，产生偏振驱动信号，否则，不产生偏振驱动信号。6.根据权利要求5所述的双M-Z型光纤传感偏振控制系统，其特征在于，所述与所述
分别通过下面公式获得分别通过下面公式获得式中，A
i
表示一路光强度信号的幅值，B
i
表示另一路光强度信号的幅值，i表示第i个数据，m表示余弦相似度计算所需的采样点数，n-m表示能量比计算所需的采样点数。7.根据权利要求6所述的双M-Z型光纤传感偏振控制系统，其特征在于，所述系统偏振控制指标e通过下面公式获得a1+a2＝1式中，a1、a2为实现标定的两个指标的权重值。8.根据权利要求6或7所述的双M-Z型光纤传感偏振控制系统，其特征在于，所述FPGA采集卡执行如下程序控制电动偏振控制模块的修正过程：启动系统时钟，将y＝N写入FLASH地址3，j＝0写入FLASH地址4，其中，y为休眠时间参...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘磊，蔡文川，李丹勇，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：