一種基于粒子群算法的光纖擾動(dòng)偏振控制裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種應(yīng)用于分布式光纖擾動(dòng)定位系統(tǒng)中的偏振控制裝置。它包括基于雙Mach-Zehnder光纖干涉儀的連續(xù)分布式光纖傳感系統(tǒng)，擠壓型偏振控制器，雙折射相位調(diào)制器，單片機(jī)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)及算法軟件。在偏振控制中，采用混沌粒子群優(yōu)化算法作為控制算法，以分布式光纖擾動(dòng)定位系統(tǒng)中探測(cè)器接收的兩路干涉信號(hào)之間的相關(guān)度作為反饋信號(hào)，實(shí)現(xiàn)相關(guān)度最高時(shí)對(duì)應(yīng)的偏振控制器外加電壓值搜索，從而控制偏振控制器調(diào)整干涉光的偏振態(tài)，有效地提高系統(tǒng)的抗偏振衰落能力，并在很大程度上消除單模光纖雙折射對(duì)系統(tǒng)定位精度的影響。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于粒子群算法的光纖擾動(dòng)偏振控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種傳感及檢測(cè)技術(shù)裝置，尤其是一種基于混沌粒子群優(yōu)化算法的分布式光纖擾動(dòng)定位系統(tǒng)偏振控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著社會(huì)和科技的不斷發(fā)展，人們的安全防范意識(shí)逐漸增強(qiáng)，機(jī)場(chǎng)、發(fā)電廠、銀行、油庫(kù)、政府、監(jiān)獄、軍事基地等重要區(qū)域的安全保衛(wèi)越來(lái)越重要。分布式光纖擾動(dòng)定位系統(tǒng)基于光波干涉技術(shù)實(shí)現(xiàn)入侵?jǐn)_動(dòng)檢測(cè)及定位，其優(yōu)點(diǎn)是長(zhǎng)距離監(jiān)控、高精度定位功能、低能源依賴(lài)性、抗電磁干擾、抗腐蝕、高環(huán)境耐受性，具有傳統(tǒng)的安全防范系統(tǒng)所沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)。
[0003]兩束光產(chǎn)生干涉的重要條件之一就是參與干涉的光為線(xiàn)偏光且偏振方向一致，分布式光纖擾動(dòng)定位系統(tǒng)的定位算法就是基于同偏振方向線(xiàn)偏光干涉的假設(shè)上展開(kāi)的。
[0004]分布式光纖擾動(dòng)定位系統(tǒng)主要用于周界防護(hù)、地震監(jiān)測(cè)等，所用光纖長(zhǎng)達(dá)數(shù)十公里甚至上百公里，若應(yīng)用保偏光纖及其相應(yīng)配套元件將非常昂貴，基于成本方面的考慮該系統(tǒng)所使用的傳感光纖均為普遍使用的單模光纖。
[0005]普通單模光纖由于幾何形狀彎曲、周?chē)鷾囟茸兓入S機(jī)因素，以及其他非隨機(jī)誤差的影響，都會(huì)引起光纖雙折射，從而造成線(xiàn)偏光在普通單模光纖中傳輸時(shí)偏振態(tài)發(fā)生變化，導(dǎo)致線(xiàn)偏光的偏振態(tài)退化。偏振態(tài)退化不僅會(huì)影響干涉輸出信號(hào)質(zhì)量，而且嚴(yán)重影響整個(gè)系統(tǒng)的定位精度。因此在分布式光纖擾動(dòng)定位系統(tǒng)中必須對(duì)干涉光采取偏振控制，補(bǔ)償干涉光偏振態(tài)的變化，從而提聞?wù)麄€(gè)系統(tǒng)的抗偏振裳落能力，提聞系統(tǒng)的定位精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有的分布式光纖擾動(dòng)定位系統(tǒng)因使用普通單模光纖存在偏振態(tài)退化，而影響干涉輸出信號(hào)質(zhì)量和定位精度的不足，本發(fā)明提供一種基于混沌粒子群優(yōu)化算法的分布式光纖擾動(dòng)定位系統(tǒng)偏振控制裝置。利用混沌粒子群優(yōu)化算法調(diào)整光纖擾動(dòng)定位系統(tǒng)的一路光纖中信號(hào)光的偏振態(tài)，使干涉兩臂的偏振態(tài)盡量保持一致，從而有效提高擾動(dòng)系統(tǒng)的定位精度。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
1、分布式光纖擾動(dòng)定位系統(tǒng)的基本原理
分布式光纖擾動(dòng)定位系統(tǒng)如圖1所不，該系統(tǒng)基于雙Mach-Zehnder光纖干涉儀原理，利用光纜中的兩條單模光纖構(gòu)成Mach-Zehnder光纖干涉儀的兩個(gè)測(cè)試光纖來(lái)感應(yīng)光纜周?chē)臄_動(dòng)信號(hào)。
[0008]傳感光纖Fl和F2同時(shí)傳播方向相反的兩組光波，光纜周?chē)臄_動(dòng)能夠?qū)饫w中傳播的光波相位進(jìn)行調(diào)制，從而對(duì)干涉信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，相位經(jīng)過(guò)調(diào)制的兩束光在耦合器中發(fā)生干涉，干涉光經(jīng)過(guò)環(huán)形器輸出到光電探測(cè)器。由于擾動(dòng)發(fā)生位置到分布式傳感器兩端探測(cè)器的距離不同，而光波在光纖中的傳播速度是一定的，因此根據(jù)兩個(gè)探測(cè)器檢測(cè)到同一事件的時(shí)間差，即可精確定位出事件發(fā)生的地點(diǎn)。定位原理如圖2所示。設(shè)分布式光纖擾動(dòng)定位系統(tǒng)的兩個(gè)光電探測(cè)器Dl和D2檢測(cè)到同一擾動(dòng)事件的時(shí)間分別為0?，td = ifi2，L為傳感光纜的長(zhǎng)度，r為擾動(dòng)點(diǎn)距離耦合器5的位置，其定位公式為
【權(quán)利要求】
1.一種基于粒子群算法的光纖擾動(dòng)偏振控制裝置，其特征是該裝置包括: 基于雙Mach-Zehnder光纖干涉儀的基本分布式光纖傳感器:用于產(chǎn)生干涉信號(hào)，進(jìn)行擾動(dòng)定位，偏振控制系統(tǒng)是在該傳感器的基礎(chǔ)上加上偏振控制器件實(shí)現(xiàn)的； 擠壓型偏振控制器:擁有四個(gè)擠壓方向成45。交錯(cuò)排列的擠壓器，控制過(guò)程中使用其中的前兩個(gè)光纖擠壓器，對(duì)兩個(gè)擠壓器施加不同組合的電壓能夠?qū)斎牍獠ǖ钠駪B(tài)進(jìn)行不同的調(diào)制，從而輸出不同偏振態(tài)的光波；將偏振控制器加在基本分布式光纖傳感系統(tǒng)傳感光纖的其中一路，通過(guò)調(diào)制該路光信號(hào)的偏振態(tài)實(shí)現(xiàn)偏振控制；
雙折射相位調(diào)制器:用于產(chǎn)生參考信號(hào)，加在基本分布式光纖傳感系統(tǒng)的與偏振控制器所在端對(duì)應(yīng)的傳感光纖另一路，用于產(chǎn)生正弦相位調(diào)制，相位調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)雙Mach-Zehnder光纖干涉儀干涉產(chǎn)生強(qiáng)度正弦調(diào)制，由兩個(gè)光電探測(cè)器分別接收，若不存在偏振退化，基本分布式光纖傳感系統(tǒng)中兩個(gè)光電探測(cè)器接收的兩路干涉信號(hào)具有固定時(shí)延且幅值相等； 數(shù)據(jù)采集卡:對(duì)兩個(gè)光電探測(cè)器的電壓信號(hào)進(jìn)行采集，并送入計(jì)算機(jī)處理； 計(jì)算機(jī):通過(guò)在計(jì)算機(jī)中的軟件編程實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集卡送入的采集信號(hào)的處理，以實(shí)現(xiàn)最佳調(diào)制電壓的迭代搜索，并將搜索到的最佳調(diào)制電壓通過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)反饋到偏振控制器和相位調(diào)制器； 單片機(jī)系統(tǒng):通過(guò)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，輸出數(shù)字信號(hào)直接控制偏振控制器；輸出正弦波信號(hào)，對(duì)相位調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖擾動(dòng)偏振控制裝置，其特征是該裝置的實(shí)現(xiàn)方式為: 在分布式光纖擾動(dòng)定位系統(tǒng)中，將傳感光纖一臂的光信號(hào)輸入到偏振控制器中，經(jīng)過(guò)偏振控制后兩路干涉信號(hào)分別進(jìn)入兩個(gè)光電探測(cè)器，數(shù)據(jù)采集卡采集兩路信號(hào)并將信號(hào)送入計(jì)算機(jī)； 計(jì)算機(jī)根據(jù)所反饋的兩路干涉信號(hào)的相關(guān)度調(diào)整混沌粒子群優(yōu)化算法中各粒子的位置向量，即改變各位置向量對(duì)應(yīng)的外加到偏振控制器擠壓器上的電壓值，對(duì)偏振控制器入射光波的偏振態(tài)進(jìn)行連續(xù)控制并利用反饋信號(hào)進(jìn)行最優(yōu)值搜索，直到反饋信號(hào)對(duì)應(yīng)的兩路信號(hào)的相關(guān)度滿(mǎn)足搜索終止條件時(shí)停止。
【文檔編號(hào)】G05B13/04GK103792847SQ201410055920
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月19日
【發(fā)明者】王紹俊 申請(qǐng)人:南京昕天衛(wèi)光電科技有限公司