本实用新型涉及光纤传感及检测技术领域，尤其涉及一种应用于分布式光纤振动传感系统的偏振控制装置。
背景技术：
随着科技的发展与人们安防意识的增强，研制一种探测范围大、能耗小、成本低的周界安全系统成为一个必须且迫切需要解决的问题。分布式光纤振动传感系统凭借其灵敏度高，抗电磁干扰，无需供电等优点，在军事防御、金融防护、能源安全、社区安保等安防领域已有了广泛的应用，并且在未来还将有着广大的应用前景。
由于光波产生干涉的必要条件之一就是参与干涉的光矢量振动方向相同，即有相同的偏振方向分量。实际扰动系统采用的光纤为普通单模光纤，由于单模光纤的双折射特性，光波进入光纤后偏振态会发生改变，导致线偏光的偏振态退化。在传感领域，这会导致干涉条纹可见度降低，甚至干涉条纹消失，于是使系统对扰动的定位精度大大下降。
使用保偏光纤虽然能保持光的偏振态不变，但由于分布式光纤振动传感系统的光纤敷设距离一般都长达几十公里，使用保偏光纤会使系统成本过高。因此，在实际应用中，我们必须采取另一种手段对抗系统中光的偏振退化，补偿光的偏振态改变，从而尽可能地消除单模光纤的双折射特性导致的系统定位不准。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种应用于分布式光纤振动传感系统的偏振控制装置，旨在不过多提高成本的情况下，解决单模光纤的双折射特性导致的系统定位不准的问题。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种应用于分布式光纤振动传感系统的偏振控制装置，包括光源、1X4分束器、第一环形器、第二环形器、第三环形器、第四环形器、第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第四光电探测器、偏振控制器、相位调制器、传感光缆、信号处理模块，其中：
光源连接在1X4分束器的第一端，1X4分束器的第二端分别与第一环形器、第二环形器、第三环形器、第四环形器连接；
第一环形器还与第一光电探测器连接，第二环形器还与第二光电探测器连接，第三环形器还与第三光电探测器连接，第四环形器还与第四光电探测器连接；
第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第四光电探测器还分别与信号处理模块连接；
传感光缆包括第一光纤、第二光纤，第一光纤连接在第一环形器与第三环形器之间，第二光纤连接在第二环形器与第四环形器之间；
偏振控制器串联在第一光纤上，偏振控制器还与信号处理模块连接；相位调制器串联在第二光纤上，相位调制器还与信号处理模块连接。
在上述实施例的基础上，进一步地，信号处理模块包括数据采集卡、计算机和单片机，其中：
数据采集卡的输入端分别与第一光电探测器、第二光电探测器连接，数据采集卡的输出端与计算机连接；
计算机还与单片机连接；
单片机还分别与偏振控制器、相位调制器连接。
在上述任意实施例的基础上，进一步地，所述光源为连续单色激光器。
在上述任意实施例的基础上，进一步地，所述偏振控制器为挤压型偏振控制器。
在上述实施例的基础上，进一步地，所述挤压型偏振控制器包括四个挤压方向成45°、交错排列的光纤挤压器。
在上述任意实施例的基础上，进一步地，所述相位调制器为铌酸锂双折射相位调制器。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型提供了一种应用于分布式光纤振动传感系统的偏振控制装置，应用本装置能够调整系统中一个传感臂中的信号光偏振态，尽量保持两个传感臂中的信号光偏振态一致，从而有效地提高了分布式光纤振动传感系统的抗偏振退化能力，并很大程度上消除了单模光纤双折射对系统的扰动定位精度的影响，提高系统的定位精度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1示出了本实用新型实施例提供的一种应用于分布式光纤振动传感系统的偏振控制装置的结构示意图。
图中，1、光源，2、1X4分束器，301、第一环形器，302、第二环形器，303、第三环形器，304、第四环形器，5、偏振控制器，6、相位调制器，7、传感光缆，801、第一光电探测器，802、第二光电探测器，803、第三光电探测器，804、第四光电探测器，9、数据采集卡，10、计算机，11、单片机，12、信号处理模块。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不限定本实用新型。
如图1所示，本实用新型实施例提供了一种应用于分布式光纤振动传感系统的偏振控制装置，包括光源1、1X4分束器2、第一环形器301、第二环形器302、第三环形器303、第四环形器304、第一光电探测器801、第二光电探测器802、第三光电探测器803、第四光电探测器804、偏振控制器5、相位调制器6、传感光缆7、信号处理模块12，其中：
光源1连接在1X4分束器2的第一端，1X4分束器2的第二端分别与第一环形器301、第二环形器302、第三环形器303、第四环形器304连接；
第一环形器301还与第一光电探测器801连接，第二环形器302还与第二光电探测器802连接，第三环形器303还与第三光电探测器803连接，第四环形器304还与第四光电探测器804连接；
第一光电探测器801、第二光电探测器802、第三光电探测器803、第四光电探测器804还分别与信号处理模块12连接；
传感光缆7包括第一光纤701、第二光纤702，第一光纤701连接在第一环形器301与第三环形器303之间，第二光纤702连接在第二环形器302与第四环形器304之间；
偏振控制器5串联在第一光纤701上，偏振控制器5还与信号处理模块12连接；相位调制器6串联在第二光纤702上，相位调制器6还与信号处理模块12连接。
本实用新型实施例在双马赫-曾德(Mach-Zehnder)光纤干涉仪结构的基础上，引入了信号处理模块12、偏振控制器5和相位调制器6，应用本装置进行偏振控制时的使用场景可以是这样的：给相位调制器6施加一定频率和幅值的正弦波，作为参考信号；信号处理模块12获取分布式光纤扰动定位系统中光电探测器801、802、803、804接收到的信号，并对信号进行分析处理，利用模拟退火算法对施加到偏振控制器5上的最佳调制电压值进行搜索，获取两路信号差值最小时对应的偏振控制器的调制电压值；采用该电压值对偏振控制器5进行控制，可使两路信号差值达到最小，从而补偿光的偏振态改变，完成分布式光纤振动传感系统的偏振控制过程。本实用新型实施例能够调整系统中一个传感臂中的信号光偏振态，尽量保持两个传感臂中的信号光偏振态一致，从而有效地提高了分布式光纤振动传感系统的抗偏振退化能力，并很大程度上消除了单模光纤双折射对系统的扰动定位精度的影响，提高系统的定位精度。
本实用新型实施例对信号处理模块不做限定，在上述实施例的基础上，优选的，信号处理模块可以包括数据采集卡9、计算机10和单片机11，其中：数据采集卡9的输入端分别与第一光电探测器801、第二光电探测器802连接，数据采集卡9的输出端与计算机10连接；计算机10还与单片机11连接；单片机11还分别与偏振控制器5、相位调制器6连接。数据采集卡9对第一光电探测器801和第二光电探测器802输入的电压信号进行采集，并送入计算机10处理；计算机10中的软件编程实现对数据采集卡9发送的采集信号的处理，以实现最佳调制电压的迭代搜索，并将搜索到的最佳调制电压通过单片机11反馈到偏振控制器5和相位调制器6；单片机11通过与计算机10进行通信，可以输出数字信号直接控制偏振控制器5，输出正弦波信号对相位调制器6进行调制。
本实用新型实施例对光源1不做限定，在上述任意实施例的基础上，优选的，所述光源1可以为连续单色激光器。
本实用新型实施例对偏振控制器5不做限定，在上述任意实施例的基础上，优选的，所述偏振控制器5可以为挤压型偏振控制器。在此基础上，优选的，所述挤压型偏振控制器可以包括四个挤压方向成45°、交错排列的光纤挤压器。控制过程中，使用其中前两个光纤挤压器，对其施加不同组合的电压，能够对输入光波的偏振态进行不同的调制，从而输出不同偏振态的光波；将该挤压型偏振控制器串联在基本分布式光纤振动传感系统传感光纤的其中一路，例如第一光纤701上，通过调制该路光信号的偏振态来实现对分布式光纤振动传感系统的偏振控制。
本实用新型对相位调制器的材质不做限定，可以选用铌酸锂(LiNbO3)、砷化镓(GaAs)或聚合物(Polymer)等作为相位调制器的材料，在上述任意实施例的基础上，优选的，所述相位调制器可以为铌酸锂双折射相位调制器。砷化镓和聚合物调制器中的光波导为带脊波导，其与单模光纤光连接的损耗比铌酸锂波导与单模光纤要大得多，聚合物调制器的长期稳定性也不理想，因此本发明实施例可以选用铌酸锂调制器，铌酸锂双折射相位调制器由钛扩散工艺制作光波导，输入输出光纤与波导精密斜耦合，利用铌酸锂材料的电光效应对通过光波导的TE、TM模光信号实现相位调制。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合；另外，本实用新型涉及的功能、算法、方法等仅仅是现有技术的常规适应性应用，因此，本实用新型对于现有技术的改进，实质在于硬件之间的连接关系，而非针对功能、算法、方法本身，也即本实用新型虽然涉及一点功能、算法、方法，但并不包含对功能、算法、方法本身提出的改进，本实用新型对于功能、算法、方法的描述，是为了更好的说明本实用新型，以便于更好的理解本实用新型。
尽管本实用新型已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本实用新型的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本实用新型不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。