CN105115436A - 传感装置及监测应力和温度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种传感装置及监测应力和温度的方法，该装置包括：传感基板、光学双折射介质、光源、线性光学起偏器、干涉仪、处理器，该装置和方法根据偏振串扰峰之间的间距变化以获得所述光学双折射介质的温度变化，根据偏振串扰峰的峰值获得所述光学双折射介质的应力和/或应变。这样可以利用同一个光学双折射介质来对待测物体进行应力、应变和温度的监测，并且应力、应变和温度变化之间不会相互影响。

Description

传感装置及监测应力和温度的方法

技术领域

本发明涉及监测领域，特别涉及一种传感装置及监测应力、应变和温度的方法。

背景技术

温度、应力和应变是光纤传感技术应用中非常重要的物理量，在大型桥梁、隧道、大坝等安全监测领域，有必要对温度、应力和应变等参量进行监测。应力是指被监测物体受到的外部力或者内部产生的力，应变是指由于被监测物体受到应力产生的形变，例如膨胀、弯曲或者位移，等等。目前已有的光纤传感技术，是对温度、应力和应变采用分立的测量系统分别测量，例如光纤光栅测量系统，是通过逐点对被测物体进行测量，每个点或是测量温度，或是测量应力或应变，系统成本高且不能实现整体分布式测量。已有的偏振串扰原理分布式光纤传感测量技术，只是对应力(如外界压力)进行了解析，而没有对于应变和温度的解析方法，尤其是如何将被测物体的应变转化成对于偏振串扰检测介质的受力，从而产生反应应变的串扰测量数值没有具体方案和措施。

发明内容

基于此，本方案提供一种能够通过偏振串扰测量的方式监测应变、应力和温度的方法及装置。

一种监测应力和温度的方法，其包括以下步骤：耦合宽频带的线偏振光进入光学双折射介质，所述线偏振光沿所述光学双折射介质的两个正交偏振模传输，所述光学双折射介质输出光学输出信号；引导所述光学输出信号通过线性光学起偏器，所述起偏器将所述光学输出信号的两正交偏振模相互混合；引导所述光学起偏器产生的线偏振光进入干涉仪，从而获得两个正交偏振模之间的干涉，以产生偏振串扰峰；根据偏振串扰峰之间的间距变化以获得所述光学双折射介质的温度变化，根据偏振串扰峰的峰值获得所述光学双折射介质的应力和/或应变。

在其中一个实施例中，所述光学双折射介质设有预设的偏振串扰。

在其中一个实施例中，所述光学双折射介质包括保偏光纤。

在其中一个实施例中，还包括步骤：所述光学双折射介质输出的光学输出信号进入光学延迟器，使两个正交偏振模之间产生延迟。

在其中一个实施例中，所述光学双折射介质贴附在待测物体上，用以监测所述待测物体的应力、应变和温度。

在其中一个实施例中，所述光学双折射介质设置在传感基板上，所述传感基板贴附在待测物体上，用以监测所述待测物体的应力、应变和温度。

在其中一个实施例中，所述光学双折射介质在所述传感基板上一维空间或二维空间分布，用以监测所述待测物体的应力、应变和温度的空间分布。

在其中一个实施例中，通过所述传感基板给所述光学双折射介质施加预设的偏振串扰。

一种传感装置，用以监测物体的温度变化、应变和/或应力，其包括：光学双折射介质，用来感知待测物体的温度变化、应力和/或应变；光源，用以产生宽频带的线偏振光，所述线偏振光沿所述光学双折射介质的两个正交偏振模传输，所述光学双折射介质输出光学输出信号；线性光学起偏器，用以接收所述光学输出信号，并将所述光学输出信号的两正交偏振模相互混合；干涉仪，用以接收透过所述线性光学起偏器的光，并获得两个正交偏振模之间的干涉，以产生偏振串扰峰；处理器，根据偏振串扰峰之间的间距变化以获得所述光学双折射介质的温度变化，根据偏振串扰峰的峰值获得所述光学双折射介质的应力和/或应变。

在其中一个实施例中，所述光学双折射介质包括保偏光纤。

在其中一个实施例中，其还包括：光学延迟器，用以接收所述光学双折射介质输出的光学输出信号，使两个正交偏振模之间产生延迟，并传输给所述线性光学起偏器。

在其中一个实施例中，所述传感装置还包括传感基板，用以与待测物体连接，所述光学双折射介质以线阵列方式或面阵列方式设置在所述传感基板上。

在其中一个实施例中，所述传感基板上设置有凸起或沟槽，并且所述凸起或沟槽与所述光学双折射介质接触，使得所述光学双折射介质具有预设的偏振串扰。

在其中一个实施例中，所述传感基板上开设有多个通孔，所述光学双折射介质穿过所述通孔，所述光学双折射介质分布在所述传感基板的两侧，使得所述光学双折射介质具有预设的偏振串扰。

在其中一个实施例中，所述传感基板上开设有多个通孔对，所述光学双折射介质穿过所述通孔对，所述光学双折射介质分布在所述传感基板的一侧，使得所述光学双折射介质具有预设的偏振串扰。

在其中一个实施例中，所述传感基板上开设有Z字型通道，所述光学双折射介质设置在所述Z字型通道内，使得所述光学双折射介质具有预设的偏振串扰。

在其中一个实施例中，所述光学双折射介质的偏振轴方向与传感基板的法线方向成45°。

上述方法和装置利用光学双折射介质中产生的偏振串扰峰的峰值和间距可以同时获得应力、应变和温度，可以利用同一个光学双折射介质来对待测物体进行应力、应变和温度变化的监测。

附图说明

图1为传感装置的结构示意图；

图2A为偏振串扰分析仪的结构示意图，图2B为光学线性光偏振器相对于保偏光纤光轴的方位，图2C示出的情况是，应力是存在于沿保偏光纤的多个位置以产生所述保偏光纤的两个正交偏振模式之间的串扰；

图3显示了在被测试光纤和光学干涉仪之间加装光学延迟装置，来测量光学双折射介质(例如保偏光纤)的偏振串扰的示例性装置，并进一步说明该装置的操作；

图4例举了测量基于双折射色散补偿功能应用的光学双折射介质偏振串扰分析仪的结构示意图；

图5示出了保偏光纤环的偏振串扰曲线的一个例子。两端显示的是光纤环的输出和输入接口的串扰包络线幅度和宽度，以及显示了在光纤环的中间区域之前(实线)和之后(虚线)的双折射率色散补偿；

图6A示范测量包络线的宽度，该宽度是图4系统中保偏光纤样品多个不同位置串扰峰通过应力诱导的，图6B给出了示例性的六种不同的保偏光纤长度的输入连接器的测量值D串扰。

图7A和7B例举了在1维保偏光纤传感器上应力施加于每0.5米长度的保偏光纤上时的串扰曲线；

图8A例举了温度函数的双折射测量曲线，图8B为保偏光纤中偏振串扰曲线显示相关延迟函数，图8C进一步说明第48和49位置的扩展视图；

图9A为一个实施例中的一位的传感基板的示意图，图9B为图9A实施例的相应的偏振串扰峰的函数图，图9C为另一个实施例中的一维的传感基板的示意图，图9D为图9C实施例的相应的偏振串扰峰的函数图；

图10A为一个实施例中的二维的传感基板的示意图，图10B为相应的偏振串扰峰的函数图，图10C为相应的应力、温度变化的位置示意图；

图11A为另一实施例中的一维的传感基板的俯视结构示意图，图11B为侧视结构示意图；

图12A为另一实施例中的一维的传感基板的俯视结构示意图，图12B为侧视结构示意图；

图13为图11和图12中结构的相应的偏振串扰峰的函数图；

图14A为另一实施例中的二维的传感基板的结构示意图，图14B为相应偏振串扰峰的函数图，图14C为相应的应力、温度变化的位置示意图；

图15为具有一维分布的Z字型保偏光纤的一传感基板的结构示意图；

图16为具有二维分布的Z字型保偏光纤的传感基板的一实施例的结构示意图；

图17为具有二维分别的Z字型保偏光纤的传感基板的另一实施例的结构示意图；

图18为测量应力、应变和温度的方法的流程框图。

具体实施方式

在此披露了一种传感装置，该装置可以用以同时(或分别)测量待测物体的应力(或应变)和温度。现在请参考图1，传感装置10包括传感基板11、光学双折射介质12、偏振串扰分析仪13和处理器14。传感基板11可以由柔性或具有弹性的材料制作而成，其可以与待测物体连接，以测量待测物体的应力(或应变)、温度。在光学双折射介质12可以设置在传感基板11上，在本实施方式中，光学双折射介质12可以为保偏光纤，当然其还可以为其他形式的光学双折射介质，例如钒酸钇、石英晶体等双折射晶体，带有预应力的玻璃，等等。保偏光纤设置在传感基板11上的同时，也可以使传感基板11给保偏光纤施加有预设的偏振串扰，这些偏振串扰可以通过传感基板11给保偏光纤施加一定规律的应力或弯曲等方式来预先设置。在本实施方式中，偏振串扰分析仪13可以包括光源、光学延迟器、线性光学起偏器、干涉仪。光源用以产生宽频带的线偏振光，该线偏振光沿光学双折射介质12的两个正交偏振模传输，并且光学双折射介质12输出光学输出信号。该输出信号被光学延迟器接受，该光学延迟器使两个正交偏振模之间产生延迟，并传输给线性光学起偏器。线性光学起偏器将光学输出信号的两正交偏振模相互混合。干涉仪接收透过所述线性光学起偏器的光，并获得两个正交偏振模之间的干涉，以产生偏振串扰峰。而处理器14，根据偏振串扰峰之间的间距变化以获得光学双折射介质的温度变化，根据偏振串扰峰的峰值获得光学双折射介质的应力值，从而可以同时(或分别)监测待测物体的温度和应力(或应变)值。图1中还示意性的示出了传感基板11上设置有两个重锤20，这两个重锤20可以模拟施加在待测物体上的应力大小。当然，该传感装置10可以不包括传感基板11，光学双折射介质可以直接设置在待测物体上。

以下来具体说明偏振串扰的具体测量方式。在保偏光纤中，当入射的光严格与保偏光纤的快轴或慢轴对准时，保偏光纤两个偏振模式之间会由于保偏光纤内在缺陷或者外在压力产生光学耦合。保偏光纤慢轴和快轴间的模式耦合称为偏振串扰。一种描述偏振串扰的方法是慢轴和快轴中分别传输的两个偏振模式的光强比。在具体应用中，需要确定在保偏光纤中偏振串扰的发生的位置和偏振串扰的程度。

沿保偏光纤慢轴和快轴传输的光波的干涉可在保偏光纤发生耦合的位置产生一个实干涉信号和一个鬼峰干涉信号，此鬼峰干涉信号是由多个串扰点之间的光波的多重耦合造成的。当保偏光纤中存在多个强串扰点时，鬼峰信号会很强，从而导致对串扰位置和强度的错误判断。

现在请参考图2A-2C。在图2A中，从宽带光源发出的宽带光101在位置A110输入到保偏光纤中。光101具有一个与保偏光纤的慢轴对准的偏振分量。在位置B处的压力导致沿保偏光纤快轴和慢轴两个正交偏振态间产生偏振耦合，产生一个与快轴对准的偏振分量。因为两个偏振分量以不同的速度在光纤中传输，因此在光纤的输出端111(位置C)，两个偏振分量会经历不同的延迟：

Δz＝n_sz-n_fz＝Δnz(1)

其中n_s和n_f分别是沿慢轴和快轴的折射率，两个折射率之差△n是双折射率，z是耦合点B到输出点C间的距离。如果放置在光纤输出端111之后的光学起偏器120的偏振轴与保偏光纤的慢轴成45°(如图2B)，两偏振分量各自一半的光功率通过偏振片并具有相同的线偏振态，其方向与光学起偏器120的偏振轴相同。

因此，当用干涉仪接收从光学起偏器120输出的光时，光学起偏器120的作用就是使接收光发生光学干涉，其中接收光分别包含在两个偏振模式中的偏振分量，这种光学干涉可以用于偏振串扰测量。

在此，作为干涉仪的例子用了一个迈克尔逊干涉仪。分束器130用来接收从光学起偏器120输出的光，并且将接收光分为沿第一光路142传输到固定反射镜140的第一束光，和沿第二光路143传输到一个可移动反射镜141的第二束光。用一个驱动器控制可移动反射镜141的位置来调整第二光路143相对于第一光路142的光程差。两个反射镜140、144将两束光分别沿第一路径和第二路径反向传输到分束器130。从两个反射镜140和141返回的光束在分束器130处相互发生空间交叠，产生光学干涉输出光132，其包括具有周期干扰峰的干涉信号，此信号由反射镜141的位置发生移动产生。由于移动反射镜141而产生的两相邻干涉峰间的距离是△nz，因此，由方程(1)可知，保偏光纤中的耦合点的位置为：z＝△z/△n。因此，利用干涉图可定位干涉点，同时通过干涉峰可计算耦合比。

图2C表明在保偏光纤中可包含多个耦合点的情况。在此情况下，测量过程将更加复杂。假设在保偏光纤中存在(n+1)个耦合点(x₀x₁x₂··x_n)，沿慢轴输入的线偏振的波包112在保偏光纤的输出端113分为2n个沿慢轴传输的的小波包和2n个沿快轴传输的小波包。因此，在第i个耦合点，两个波包序列P_si和P_fi分别沿慢轴和快轴偏振，在其传输光路中包含2i个波包，它们的光程可以表示为：

其中P_si，j和P_fi，j分别表示在序列P_si和P_fi第j个波包。在第(i+1)个耦合点后的波包序列的光程可由下式计算:

基于公式(3)，在保偏光纤输出端的波包的光程可由下式得到:

波包序列P_sn和P_fn的对应强度I_sn和I_fn可由下式计算，

其中c_n是在耦合点x_n的耦合系数，并可用于串扰定义的一个参数：Crosstalk＝abs(10*logC_n)。

在通过45°光学起偏器120后，原始沿偏振光纤慢轴和快轴传输的两个波包序列Psn和Psn，将相互混合成一个波包序列并沿光学起偏器120的传输方向偏振。沿光学起偏器120偏振方向传输的波包序列的光程P和对应的光强可由下式计算:

在第二光路反射镜141移动改变其位置时，波包序列P(参见公式7)中的任意两个脉冲可以产生一个干涉信号，同时干涉条纹的位置由两个脉冲间的延迟差决定。n个耦合点总共有2n(2N-1)个峰，其中有n个峰表明实际的耦合点，其余的均为鬼峰。这些鬼峰不仅产生假的耦合信号，而且还可能形成由真实耦合点产生的真实干涉峰中的一部分，因此这些鬼峰将会降低测量串扰分布和幅度的精确度。

从式(7)和(8)可看出，波包序列包含两组，一组由式(7)的上半部分表示为P_sn-1，在保偏光纤中沿慢轴；另一组为公式(7)的下半部分表示为P_fn-1，在保偏光纤中沿快轴。在P_sn-1组中任两个脉冲的干涉图的位置与保偏光纤最后一节的长度(x_n-x_n-1)无关，它们的延迟差均小于(x_n-1-x₀)△n。在Pfn-1组中任两个脉冲的干涉图样位置也与保偏光纤最后一节的长度(x_n-x_n-1)无关，它们的延迟差均小于(x_n-1-x₀)△n。对于波包P中的上半部和下半部之间的干涉，分别从P_sn-1和P_fn-1的组中任一波其延迟差为(x_n-1-x₀)△n+(P_sn-1，_j-Pfn-1，_k)。如果最后一节保偏光纤的长度x_n-x_n-1比保偏光纤从0到n-1段总共长度要长的情况下，在此位置的干涉峰将被分成两组，一组是由在P_sn-1或P_fn-1中任两个波包间产生的干涉形成；另一组是分别由P_sn-1序列的一个波包和P_fn-1序列的一个波包干涉而成。一段具有高消光比(ER)的保偏光纤链路通常表明保偏光纤的耦合系数c1、c2…..ci很小，所以在式(7)的脉冲P1有相对高的功率。如果由二次以上的耦合产生，同时忽略3阶以上的干涉项，这时在第二组干涉组中仅有n个干涉信号，对应的干涉仪(图2A)中的参考臂的第一光路142与干涉仪的改变臂的第二光路的延迟差为：

其中准确的对应保偏光纤从0到n-1个耦合点。

为减少鬼峰，可在保偏光纤和光学起偏器220间插入一个光学延迟器以可以有选择地对在保偏光纤传输光的两个偏振模其中一个中引入一个附加光学延迟。图3所示为一个典型的用于测量在光学偏振介质(如保偏光纤)中的偏振串扰的装置，该装置在待测保偏光纤和干涉仪间加入一个光学延迟器件，下面具体阐述该装置的工作过程。在通过待测保偏光纤202后，入射光201分成两束正交波包序列，且分别沿慢轴和快轴偏振。延迟器210在两个正交波包序列间附加一个延迟L，其中在空气中的延迟L应比△n×l要长，其中△n是双折射率，l是保偏光纤长度。在本例中，附加延迟L加载到保偏光纤沿慢轴方向偏振的光上。在通过45°光学起偏器220后，这两个经过附加延迟L的波包序列混合在一起，并具有相同的偏振态，此偏振态由光学起偏器220决定。在光学起偏器220之后的干涉仪230用来产生一系列延迟在△n×1和(L-△n×1)间的干涉信号。这些干涉信号仅与在耦合位置产生的偏振耦合引起的实信号对应，鬼峰被抑制或消除。处理器240用于接收干涉仪230的输出信号通过处理输出的信号来测量保偏光纤耦合点的位置和强度。

考虑这样一种情况，沿保偏光纤存在三个耦合点x₁、x₂、x₃，且输入保偏光纤的光偏振方向沿保偏光纤的慢轴，没有快轴分量。在每个耦合点，光不仅从慢轴的偏振模式耦合到快轴的偏振模式中，也从快轴的偏振模式耦合到慢轴的偏振模式中。这样耦合的结果是，保偏光纤输出的波包序列包含了多次耦合的波包。

在经过45°偏振片后，沿慢轴和快轴方向的波包将互相混合。如果该混合光输入到干涉仪中，当干涉仪的一臂的延迟发生改变，可获得一系列的干涉峰。产生的干涉峰代表真实耦合点和鬼峰，鬼峰与真实耦合点不同，并在鉴定真实耦合点时产生错误。鬼峰也可能会叠加到真实峰上，降低串扰测量精度。

本发明为抑制不需要的鬼峰数量和振幅，可在保偏光纤的输出端和偏振片的输入端插入一个光学延迟器210，见图3。该延迟装置具有偏振选择性，且可在快轴和慢轴间加入附加延迟。因此，在经过检偏器后快轴和慢轴的波包序列在时间上分离。如果给干涉仪的动臂和定臂间相同的延迟，那么，当延迟器进行扫描时，将不会产生零阶、二阶和更高阶次的干涉信号；因此，在测量中大部分鬼峰会消失。从而，图3所示的装置比图2所示的基于其他干涉仪方法的装置有更高的测量精度、更大的动态范围和更高的灵敏度。

图3中的偏振选择光学光学延迟器210可以有多种组成结构，并根据不同应用需要选择图3中的装置。沿保偏光纤两个偏振模式中传输的光通过采用偏振分束器分为沿两个独立光路传输的两个独立光信号，一个可调光延迟机构可以对这两个独立光信号在合束之前加入可调的光学延迟，通过干涉仪之后的线性光起偏器将两个独立光信号合成为一个光信号以便进一步的处理。这些装置可配置为固定的光学延迟装置，其产生理想的光学延迟△L(>n×1)或可变延迟，它在上述理想光延迟△L下可控。使用恰当的延迟，见图3，鬼峰可被抑制。

保偏(PM)光纤的空间分辨偏振串扰测量有多种应用，如分布式应力传感，光纤陀螺线圈检测，保偏光纤双折射和拍长测量，偏振串扰位置识别，以及保偏光纤质量检查。扫描迈克尔逊白光干涉仪可用于测量这样的分布式偏振串扰。但是，随待测光纤(FUT)长度的增加，所测量的串扰峰将由于双折射色散加宽，致使对于超过一定长度的保偏光纤如几百米，其空间分辨率和测量精度会降低。

这里提供的技术可用于改善分布式偏振串扰测量的分辨率和测量精度。在一些实现方式上，由双折射色散造成的偏振串扰峰的加宽可以通过简单地将测量数据与补偿函数相乘来恢复。通过找到已知距离的串扰包络线的宽度可得到双折射色散变量。该技术可有效提高长保偏光纤空间分辨偏振串扰测量的空间分辨率和振幅精度。

下面的部分提供了数学补偿双折射色散的具体细节，这种操作可提高在测量偏振串扰的空间分辨率和测量精度。双折射色散对偏振串扰测量的影响可以用数学方法补偿。文中描述了一种基于分布式偏振串扰分析仪的白光干涉仪。该装置用于测量沿保偏光纤的初始空间分辨偏振串扰峰，串扰峰的光谱宽度作为位置函数从而得到双折射色散△D。此外，补偿函数和原始测量串扰数据的相乘可清除由串扰峰展宽引起的色散。本实验采用长为1.05km的保偏光纤环进行，该实验证明，本方法可有效地改善空间分辨率和串扰测量精度，而且可以容易地并入分析软件。所描述的技术可用于多种应用，如得到超过几百米长的保偏光线圈精确的偏振串扰值，也可用于外部触发串扰和此类串扰测量。

图4示出一个用于测量保偏光纤环的装置。该装置可集成为分布式偏振串扰分析仪。偏振宽带光源301发出的光101被耦合到光学双折射介质(如保偏光纤)110的一个主偏振轴上。此类偏振光源301可实行多种配置，如宽带光源和起偏器的组合。在图4的例子中，偏振宽带光源301采用了一个短相干长度的偏振超级发光二极管光源(SLED)。光101在A点被引导到慢轴方向，其为输入光纤连接器用于连接保偏光纤环110。保偏光纤环110在输出连接器C处终止，起偏器120与两主偏振轴成一定夹角，如45。参照图2B，起偏器120接收保偏光纤环110的部分输出光并将其两个正交偏振混合在一起。

保偏光纤环是一种双折射介质，它提供了沿保偏光纤快轴和慢轴两种正交偏振模式。在输入点A，光101的输入偏振与保偏光纤的偏振轴之一(如慢轴)对准。离开光纤双折射介质110的光输出信号被引导至干涉仪230，得到两个正交偏振模之间的光学干涉。干涉仪230产生一个干涉信号312。光电探测器150将信号312转换成带有光学干涉信息的探测器信号。数据采集装置或数据采集卡(DAQ)330将探测器信号转变成数据；处理器340(如微处理器或电脑)用于接收上述数据和处理已得光干涉信息，从而得到两个正交偏振模式间偏振串扰的包络谱函数。值得注意的是，该处理器340应用一种补偿功能编程，能减小由双折射介质中光学双折射色散引起的包络谱函数的频谱展宽，这种补偿功能基于所述光学双折射介质110到包络谱函数的测量值。

如图4所示，干涉仪230是基于光纤的干涉仪，包括一个光纤耦合器310，其有四个光纤端口：端口1作为干涉仪输入口，接收来自偏光器120的光；端口2是干涉仪输出端口，输出信号312；端口3用于连接到干涉仪230的第一光路；端口4用于连接到干涉仪230的第二光路。光纤耦合器310将来自起偏器120的光束分成两束，第一束向端口3和第一光路传播，第二束光向端口4和第二光路传播。第一光路包括一个光纤，其在第一个法拉第反射镜321处终止；法拉第反射镜321具有将光束的偏振旋转45°的功能，所以其反射光的偏振上会产生一个90°的旋转。同样地，第二光路包括一个光纤，其在第二个法拉第反射镜322处终止，反射光偏振产生90°的旋转。随后，第一光路和第二光路的反射光束在光纤耦合器310处混合，由于二者间的光程差导致了干涉。这是一个迈克尔逊干涉仪。可变延迟装置323用于控制两路径之间的相对延迟。在图3中，可变延迟元件323被放在第一光路调控相对延迟，响应来自处理器340的延迟控制信号342，处理器会作为控制装置进一步操作。在操作中，可变延迟元件323进行扫描，以操作该干涉仪230作为扫描迈克尔逊干涉仪。

图4中的例子，在保偏光纤环的B点，偏振串扰由外部干扰因素引起，一些光从保偏光纤环110沿慢轴的初始偏振耦合到沿快轴，其以耦合系数h＝I1/I2耦合，h代表了两偏振间的强度比或功率比，其中I1和I2分别是快轴和慢轴的功率。图4的例子中，在光纤环110的B点，外部干扰引起一偏振串扰，一些原来沿慢轴的偏振光以耦合系数h＝I1/I2耦合到快轴，I1和I2分别是快轴和慢轴的功率。因为沿快轴的光偏振比沿慢轴传播的快，在光纤环110的输出点C，快光分量比慢光分量超前△nZ，其中△n是保偏光纤环110的群双折射，Z是串扰点B和纤维端C间的长度。光学起偏器120放置在光纤输出端与慢轴成45°角，在扫描迈克尔逊干涉仪230上两个相同偏振方向的分量上产生干涉。扫描相对光程，当偏振器件空间重合时会出现一个干扰峰，当其分开超过一个光源301的相干长度干扰峰消失。位置B是串扰发生点，可由式Z＝△Z/△N计算，串扰振幅h可由干扰信号振幅得到。图4示出在A、B、C三个位置的一系列信号，图解了沿慢轴和快轴的偏振分量。

串扰峰(干涉峰)的包络线受到光源301的光谱分布和保偏光纤110的双折射色散△D影响。假如SLED301有高斯谱型，串扰包络线(相干度)γ双折射色散函数△D和串扰点的距离Z推导：

其中，

δd＝(ΔnZ-d)(11)

ρ＝2πc(Δλ/λ₀)²ΔDZ＝αΔDZ(12)

ΔD＝dτ/dλ＝-[ω²/2πc](d²Δβ/dω²)₀(13)

上述方程式，d是扫描迈克尔逊干涉仪的路径不平衡，ρ是沿保偏光纤的累计双折射色散，c是真空光速，△λ和λ₀分别是谱宽和光源中心波长，△β是两偏振本征模的传播常数差，w0是色散ρ为0时干涉包络的1/e宽。该宽度也是光源的相干长度。依公式(11)，参数δd可通过改变干涉仪中延迟线的路程差d进行调整。当路径失衡d补偿两偏振模式间的光程差△nZ，会出现干涉信号。当光程失衡d补偿光程差△nZ时，出现干涉信号。式(11)和式(13)表明，测量的串扰包络的量级和波形是△D和Z的函数。双折射色散△D在串扰测量中的降解效果是串扰包络振幅和线形加宽的减小。

显而易见的是，双折射色散的影响可通过将串扰测量值和色散补偿函数K(ρ)直接相乘去除：

因此，将式(14)和式(10)相乘，原始的串扰包络可被完全还原：

为获得补偿函数，首先需得到双折射色散△D或ρ。公式(10)拟合出包络线展宽和双折射色散间关系：

W/W_o＝(1+ρ²)^1/2＝(1+(αΔD)²Z²)^1/2(16)

因此，通过测量串扰包络线在光纤输入端(Z＝L)和输出端(Z＝0)宽度，可以很容易地计算双折射色散△D。实际应用中，为提高△D的精度，需测量保偏光纤在多个位置的串扰包络线的宽度，通过曲线拟合式(16)得到△D。

图5是一个由图4得到的保偏光纤线圈的偏振串扰曲线，它反映了双折射色散对测量串扰峰的影响，以及如何补偿去掉这些影响。在最左和最右的峰对应于由输出和输入连接器A和C引起的串扰。两者间的小峰是在光纤缠绕过程中应力引起的串扰。右侧插入的实线表明双折射色散产生两个不利影响：(1)包络线展宽(2)发生在串扰连接器A处串扰峰幅度的减小。虚线表明串扰的包络线和振幅在色散补偿后得到修复。特别地，经色散补偿，输入连接器处的谱峰宽度是34.1um，它与零色散(Z＝0)的输出连接器C引起的左边峰宽32.4um非常接近。

图6示出了测量的谱宽作为距离Z的函数，通过使用图4所示的系统进行了各种实验。沿待测光纤不同位置进行了多个偏振串扰点的测量。测量值清楚地表明，由双折射色散的影响，谱宽的二次方与距离Z成正比。该特性与式(16)一致。在这种测试条件下，由于双折射色散的谱线加宽使得距离超过200米的偏振串扰测量的空间分辨率降低。

对式(16)的数据最小二乘拟合可精确得到保偏光纤的双折射色散△D为0.0014ps/(kmnm)。将拟合值△D带入式(14)，完成色散补偿函数。色散补偿函数和原始的测量串扰数据相乘，可达到改进的串扰数据，消除了偏振串扰对双折射色散△D的依赖。

图6A示出沿保偏光纤不同地点的压力导致的串扰峰的包络线宽。图6A中的正方形表示经色散补偿后的谱宽，圆点表示未经色散补偿的谱宽。图6B是输入连接器和六个不同长度保偏光纤(5m,205m,405m,605m,805m、1005m)的串扰测量值。输入连接器的串扰是固定的，5段200米的光纤被顺序地拼接到输入连接器的尾端以增加色散。偏振串扰振幅由于双折射色散随光纤长度减小，并且在进行补偿后得到修复。

所以，色散补偿技术能有效减缓串扰振幅的减小和由色散引起的谱线加宽。同样地，基于偏振串扰分析仪在干涉仪中使用宽带光源(如白光)，这种补偿技术能有效提高串扰振幅的空间分辨率和测量精度。

对于图4示出的传感器设备装置，偏振超级发光二极管(SLED)具有短相干长度(如约25μm)并被耦合到待测保偏光纤(FUT)(点A)的慢轴。图4说明，在另一位置点B，偏振串扰由外扰诱发，它会使一些最初在慢轴偏振的光以耦合系数参数h＝I₁/I₂耦合到快轴，I₁和I₂分别代表快轴和慢轴的光强。由于沿快轴偏振的光比沿慢轴片真的光传播地快，在光纤输出端，较快的光分量比慢光分量超前△Z＝△nZ，△Z是光程差，△n是光纤群折射率，Z是串扰发生点(B)和输出点(C)间的光纤长度。偏振片放置在光纤输出端。与慢轴成45°的偏振片放置在光纤末端。慢轴和快轴的偏振分量投影到偏振片的相同方向，从而在扫描迈克尔逊干涉仪上产生两分量的干涉图样。扫描相对光程，若两个偏振分量在空间上重叠，出现干涉峰；当其分开超过一个光源(如SLED)相干长度时，干涉峰消失。串扰点B的位置和输出点C可由式Z＝△Z/△n计算。如果存在多个偏振串扰点超出图4所示的B位置，会出现二阶干扰峰，这是由于在串扰点耦合到快轴的光会在后续的串扰点耦合回慢轴。这样的二阶耦合可引起串扰鬼峰，并导致白光干涉混乱。图4的传感器是一个无鬼峰分布式偏振串扰分析仪，在装置内部使用一个差分群延时(延时装置)去除二阶耦合中的干涉鬼峰，使得能够精确识别和测量大量无歧义的偏振串扰。

基于上述描述的特性，保偏光纤可以嵌入在传感器衬底作应力传感元件，应变场可引起保偏光纤的偏振串扰。串扰变化可看作一个指示器，反应了施加在保偏光纤上外部压力/应变的变化。偏振串扰对施加在保偏光纤上的横向压力更敏感，相比，对轴向应变或压力不太敏感。因此，图4的传感器可以测量横向应变。但在许多应用中带测量通常与轴向应变/压力有关，如结构检测。下面讲到的技术和装置将轴向应变/压力转变成横向压力，使如图4中的装置和其他基于传感机制的传感器设备能检测和监控轴向应变/压力分布，从而测量轴向力学参数。例如，横向压力或轴向应变都可用本文件公开的传感器条/片进行测量。

图7A、7B例举了测量280米保偏光纤缠绕成卷的偏振串扰曲线作为偏振串扰分析仪内部干涉仪延迟ΔZ的函数。如图8A所示，观察最左和最右的峰，分别对应输入和输出连接器的串扰感应，在光的偏振和保偏光纤轴之间略有轴错位。图8B显示通过对每0.5米保偏光纤施加应力从而诱导出等距周期性串扰峰。

对图7A、7B的测量和的进一步研究，测量结果表明，在局部应力或应变改变的不同位置串扰峰被诱导(对所施加的应力每0.5米的响应)。每个串扰峰的幅度表示应力在其中产生应力或施加到相应的位置的量。因此，该幅度信息可以用来测量保偏光纤中的应力或应变，在本专利文件的前面部分中有讨论到细节。值得注意的是，两相邻串扰峰之间的间距是串扰峰值指示器不同的指标，并且如下面所解释的，可用于测量局部温度。如本文件中揭示的在包含幅度和偏振串扰峰间隔中的信息差异，是通过使用相同的传感器并通过使用从传感器接收到的相同的探测光对温度和应力/应变双重测量的基础。

串扰峰幅度和串扰峰间隔具有一个显著的属性，在图7A和7B中的串扰曲线是两个正交的量，它们是彼此独立的，并且可以单独地获得。因此，该局部应力或应变的变化导致串扰峰值幅度的变化，这种变化不会影响表示局部温度的测量的串扰峰间隔。相反，在沿保偏光纤的位置上局部温度的变化会导致串扰峰间距的变化，这种变化不影响表示局部应力/应变水平的串扰峰的串扰峰幅度值。

以下描述了串扰峰值之间的间隔的温度测量的方法。在一段保偏光纤中，该组双折射Δn是温度的线性函数，并可以表示为：

Δn＝γ(T₀-T)

因此，局部温度变化反映在由温度变化引起的双折射的变化的偏振串扰中。

参照图8A，8B和8C，图8A例举了温度函数的双折射测量曲线。当Δn在局部位置变化时，串扰峰的位置或串扰峰值将发生相应的变化。该峰的位置变化引起的串扰峰间隔之间的变化，如图8B，保偏光纤中偏振串扰曲线显示了在80℃(虚线)和40℃(实线)的相关延迟函数。图8C进一步说明第48和49位置的扩展视图，和在80℃(虚线)和40℃(实线)的第50个串扰峰。因此，通过测量局部间距改变和局部温度变化可以确定基于串扰峰间距的变化。如果局部的应力或应变也可以同时发生改变，对应位置的串扰峰值大小也会改变。因此，测量峰值间隔和检测串扰峰的峰值幅度可以同时对应力和温度进行测量。

基于使用图4中的干涉仪装置接收到的探测光的串扰峰之间的间隔的温度测量技术，局部间隔的改变可被用于确定在局部间隔对应的峰所对应位置的局部温度的变化。

以下来具体说明保偏光纤在传感基板上的设置方式。在此保偏光纤以线阵列方式或面阵列方式设置在所述传感基板，以线阵方式分布的传感装置是一个一维(1D)传感器条带，它可测量沿特定方向的1D应力和温度；以面阵方式分布的传感装置是一个二维(2D)传感器面板或片材，其可测量整个结构表面的应力和温度。

现在请参考图9，图9中的保偏光纤以线阵方式分布在传感基板。保偏光纤110被放置在传感基板11开设的长条形的槽上，保偏光纤11的慢光轴或快光轴与长条的表面法线成45度。保偏光纤110的偏振轴取向确保了保偏光纤偏振串扰对施加压力的变化敏感。通常，慢轴和快轴被设定为与压力方向成45度角对压力最敏感。实现所需保偏光纤取向的一种方法，请参考图9A，传感基板11上开设有一个沿其长度延伸的沟槽。传感基板11可由可变性或弹性材料制成，从而传感基板11可随与其接合的目标设备变形。比如，传感基板11可以是塑料或具有一定理想弹性的材料，如尼龙和缩醛树脂材料。在以偏振轴(慢轴或快轴)的适当方向将保偏光纤铺设到带材的过程中，可选用恰当方法来识别慢轴，如使用光学放大设备检查保偏光纤110，并在将保偏光纤110以正确光纤取向铺设到凹槽前观察保偏光纤的慢光轴和快光轴。图9B示出在位置Z1和Z2，由施加到图9A所示传感器上的压力产生的相应偏振串扰峰。如图9C所示，保偏光纤110被设置在传感基板11，传感基板11设置有一长条形的通槽，保偏光纤110放置在该通槽上。保偏光纤110的慢光轴或快光轴与传感基板11的法线成45度。保偏光纤110的偏振轴取向确保了保偏光纤偏振串扰对施加压力的变化敏感。通常，慢轴和快轴被设定为与压力方向成45度角对压力最敏感。传感基板11可由可变性或弹性材料制成，从而传感基板11可随与其接合的目标设备变形。比如，传感基板11可以是塑料或具有一定理想弹性的材料，如尼龙和缩醛树脂材料。在以偏振轴(慢轴或快轴)的适当方向将保偏光纤铺设到带材的过程中，可选用恰当方法来识别慢轴，如使用光学放大设备检查保偏光110纤，并在将光纤以正确光纤取向铺设到凹槽前观察保偏光纤的慢光轴和快光轴。这种通过在基板上设置凹槽，以保证保偏光纤的快慢轴与压力方向成45°的方法，也可以使用在图9的一维光纤铺设方案中。在此，传感基板11上沿横向通槽周期性的设置凸起或凹槽301，这些凸起或凹槽301为施加应力或应变的固定位置以引起在相应位置的预期的串扰峰。由于火灾或其他热源引起的局部温度变化，串扰峰值会随温度变化的局部间隔产生变化。图9D示出在位置Z₁和Z₂，由施加到图9C所示传感器上的压力产生的相应偏振串扰峰。图9D除了显示被压力引起的相应的偏振串扰峰值，同时也表明，当在一个特定的地方由于热源或其他影响局部温度发生了变化，相应的串扰峰值之间的间隔也会改变。在一个地方保偏光纤上应力的变化仅会引起沿垂直轴串扰峰值的改变，不会影响温度测量的局部串扰峰间距的改变。

图10中的保偏光纤以面阵方式分布在传感基板上。传感基板11上设置有二维分布的通槽，保偏光纤110设置在该通槽内。该传感基板11上同样设置多个凸起或凹槽301，每当光纤穿过凸起或沟槽301时，产生预定数量的偏振串扰峰。如图10B所示，这些预先载入的偏振串扰峰作为位置标志，其中偏振串扰是位置Z的函数。由外部压力或应力诱导的偏振串扰峰见图10B，也在图10C的XY图上呈现。如图10A中所示，在Z₁、Z₂和Z₃的位置上有外部应力作用时，在图10B中显示了相应的偏振串扰峰。在相应的温度变化发生位置，相应的串扰峰的间距也发生了变化。

图11中的保偏光纤以线阵方式分布在传感基板上。请参考图11A、图11B，图11A是该传感基板11的俯视图，图11B是该传感基板11的侧视图。传感基板11上开设有多个通孔302，保偏光纤110穿过这些通孔302产生预设偏振串扰峰，保偏光纤110依次设置在传感基板11的两侧，即保偏光纤110从传感基板11的第一侧穿过第一个通孔302到达第二侧，随后经一段距离(在一些应用中是10cm)通过另外一个通孔302返回到第一侧。光纤通过每个通孔302，会在通孔302的位置产生预定数量的偏振串扰，此时会出现光纤弯曲。在本实施方式中，可以在传感器基板11的两侧加光纤导向槽以隐藏保偏光纤，同时可以保证保偏光纤的快慢轴和压力方向成45度左右，可以用粘合剂或胶带覆盖槽里的保偏光纤。这种结构里，保偏光纤这种传感器设计的一个重要特点是，传感器对施加到传感器带上的局部轴向应变灵敏，如图11A和图11B所示，因为传感器可将轴向应变转变成横向应力以产生偏振串扰。同样的，当轴向压缩张力被施加到部分带材上，降低的偏振串扰会在光纤弯曲的位置出现。在本实施方式中的，通孔302之间的间隔是等距的；当然这些间距可以根据实际情况来设置。

现在请参考图12，在本实施方式中，通孔以通孔对303的形式出现，这些通孔303开设在传感基板11上。图12A和图12B示意性的表示传感基板的俯视图和侧视图。保偏光纤110上下穿过各对的两个孔来初始化串扰，如图12B所示。通孔对303的通孔的间距较小，而通孔对303对与对之间的距离就大得多，从而保偏光纤主要部分在传感基板11的一侧，只有一小部分保偏光纤在另一侧。保偏光纤110弯曲发生在保偏光纤110穿过通孔对303的位置处，光纤弯曲会产生内部偏振串扰。在不同的应用可选择不同的间隔。可在传感器基板11的表面附着一层胶带或粘合剂，以覆盖保偏光纤并保护其免受潜在损害。

图11和图12中所示的传感基板其具有相似的结构，两者具有相似Z函数。请参考图13(相对于图12，图13的串扰峰将会是非等间距的)，当两者均在Z₁和Z₂具有应力作用时，该图中具有较大的偏振串扰峰值，而局部受热时，偏振串扰峰直接的间距也发生变化。

在图14中的保偏光纤110以面阵方式分布在传感基板11上，并且在保偏光纤110途径路上开设有通孔302。图14A所示，传感基板11上开设用于产生预定偏振串扰标志的通孔302，这些标志可测量传感基板11上的横向压力或水平应变。图14A的结构应用通孔设计(实线表示光纤在基板的上表面，虚线表示光纤穿过通孔布置在基板的下表面)，从而保偏光纤穿过小孔引起预定串扰峰，并且将局部横向应变转变成轴向应力。在图14A中，X(Z₁处)和Y(Z₂处)方向的应变会引起在施加局部应变的位置产生偏振串扰。如图14A，在Z＝Z₃处，应力也可引起串扰。图14B和14C是压力测量方法。可用三维图来呈现数据，其中X和Y表示压力/应变的位置，竖轴代表串扰/压力值。而且当串扰峰的间距可以判断局部是否受热。当然，在本实施方式中，可以用通孔对来代替通孔302，保偏光纤以面阵形式设置在传感基板上。

请参考图15，在本实施方式中，保偏光纤110以线阵方式分布在传感基板11上。传感基板11上形成一个Z字型路径，偏光纤110被嵌入或放置在Z字型路径中。传感器基板材料可以是尼龙、聚甲醛树脂或其他有一定弹性或机械特性如杨氏模量的材料。在Z字型路径拐角处保偏光纤110的弯曲会导致偏振串扰，引起一连串具有一定振幅的偏振串扰峰。当一轴向拉伸应变施加到传感基板11上，沿着保偏光纤110产生张力并增加在光纤弯曲处保偏光纤的压力，从而导致偏振串扰的增加。同样的，当一轴向压缩应变施加到传感基板11的一部分上，在光纤弯曲处会出现一个减小的偏振串扰。在本实施方式中，传感基板11内凹槽被刻成Z字型以形成Z字型路径，并且每一定的间距改变一次方向。薄层硅粘合剂或其他类型的涂层可沿凹槽方向应用，以引导空光纤的方向。第一层硅胶被涂上之后，立即将保偏光纤嵌入到凹槽中。随后，第二层胶水覆盖住光纤，胶带可用于进一步保证光纤与传感器带间良好的粘合。需特别注意的是拐角处，在这里会出现内部串扰峰，并在局部应变下发生明显变化，从而光纤不会由于拐角处的微扰而出来。当胶水固化时，除去之前的胶带，并将另一层胶带覆盖住整个传感器表面起保护作用。当把保偏光纤110铺设到凹槽中，保偏光纤110的慢轴或快轴与传感器带的表面法线成45度角，以提供最大测量灵敏度。同样的当温度发生变化时，偏振串扰峰之间的间距也会发生变化。

同样的，在保偏光纤以面阵方式分布在传感基板上时，保偏光纤的路径也能够设置成Z字型。请参考图16，该传感基板11中设置的保偏光纤110的路径呈Z字型，该保偏光纤110的路径的改变方向处于传感基板11的水平面。本实施方式中，传感基板11上设置了相应的Z字型凹槽，保偏光纤110随硅胶沿凹槽被引导。可使用胶带保护层覆盖嵌入光纤。这样的传感基板11对局部应变变化灵敏，可用于检测或识别X、Y方向的局部应变场变化以及温度的变化。请继续参考图17，保偏光纤110在传感基板11两侧都有Z字型光纤路径，两侧的相同位置上的保偏光纤110路径大致是垂直的。在图例中，传感基板11的两侧刻上长三角形凹槽，且方向互相垂直。保偏光纤110在传感基板11一侧沿凹槽由一端粘连到另一端，再反过来粘到面板的另一侧。保偏光纤110嵌入到凹槽得到保护。例如，每个大三角的宽度为8cm，高度24cm。由于两侧的三角槽走向互相垂直，这种2D传感器板对压力或应变的变化敏感，并能识别施加压力的方向。当然，该保偏光纤的Z字型的分布，并不局限于上述分布，本领域技术人员应当知晓，其还可以为其他形式的分布，总之保偏光纤设置在传感基板上时，具有预设的偏振串扰即可。

在此还披露了一种测量应力、应变和温度的方法，请参考图18，该方法包括以下步骤：

S110：耦合宽频带的线偏振光进入光学双折射介质，线偏振光沿所述光学双折射介质的两个正交偏振模传输，光学双折射介质输出光学输出信号。在本实施方式中，光学双折射介质可以直接设置在待测物体上或者设置在传感基板上。光学双折射介质还可以设有预设的偏振串扰，光学双折射介质可以包括保偏光纤，或如钒酸钇、石英晶体等双折射晶体，或者带有预应力的玻璃等等。当光学双折射介质设置在传感基板上时其可在传感基板上一维空间或二维空间分布，通过传感基板给光学双折射介质施加预设的偏振串扰，然后将该传感基板贴附在待测物体上，从而监测所述待测物体的应力和温度。

S130：光学双折射介质输出的光学输出信号进入光学延迟器，使两个正交偏振模之间产生延迟。

S150：引导经过光学延迟器的光通过线性光学起偏器，线性光学起偏器将经过光学延迟器的光的两正交偏振模相互混合。

S170：引导线性光学起偏器产生的线偏振光进入干涉仪，从而获得两个正交偏振模之间的干涉，以产生偏振串扰峰。

S190：根据偏振串扰峰之间的间距以获得光学双折射介质的温度，根据偏振串扰峰的峰值获得光学双折射介质的应力值。

在此需要说明的是，本发明所列出的传感基板，是为了方便在测量过程中，易于将双折射介质和被测物体进行结合布局，在某些应用中，也可以采用将双折射介质(如保偏光纤)直接贴附到被测物体上，来感受被测物体的应力、应变和温度，而不通过传感基板。

本发明通过传感基板预设偏振串扰点的作用之一，是能够通过双折射介质的弯折，使得双折射介质的能够感受到传感基板轴向(即沿着传感基板平面方向)的应力变化；作用之二是通过已知的预设串扰点位置，判断由于温度变化引起的串扰峰间距的变化，从而判断温度的变化。在应用中，也可以不在传感基板上设置预设的偏振串扰点，而是利用被测物体自身结构产生的串扰点——例如建筑结构上的拐角、缝隙等，获得已知的串扰峰位置，从而判断由于温度变化引起的串扰峰间距的变化；也可以不利用已知的串扰点位置，而是当被测物体发生应力或者应变的变化引入了串扰峰，此时当温度随之发生变化(比如由于温度变化引起的被测物体变形引起的应力或者应变)，通过这些串扰峰的间距变化，在判断应力或者应变的同时，发现温度的变化。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (17)

1.一种监测应力和温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

耦合宽频带的线偏振光进入光学双折射介质，所述线偏振光沿所述光学双折射介质的两个正交偏振模传输，所述光学双折射介质输出光学输出信号；

引导所述光学输出信号通过线性光学起偏器，所述起偏器将所述光学输出信号的两正交偏振模相互混合；

引导所述光学起偏器产生的线偏振光进入干涉仪，从而获得两个正交偏振模之间的干涉，以产生偏振串扰峰；

根据偏振串扰峰之间的间距变化以获得所述光学双折射介质的温度变化，根据偏振串扰峰的峰值获得所述光学双折射介质的应力和/或应变。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光学双折射介质设有预设的偏振串扰。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光学双折射介质包括保偏光纤。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤：

所述光学双折射介质输出的光学输出信号进入光学延迟器，使两个正交偏振模之间产生延迟。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光学双折射介质贴附在待测物体上，用以监测所述待测物体的应力、应变和温度。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光学双折射介质设置在传感基板上，所述传感基板贴附在待测物体上，用以监测所述待测物体的应力、应变和温度。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述光学双折射介质在所述传感基板上一维空间或二维空间分布，用以监测所述待测物体的应力、应变和温度的空间分布。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，通过所述传感基板给所述光学双折射介质施加预设的偏振串扰。

9.一种传感装置，用以监测物体的温度变化、应变和/或应力，其特征在于，包括：

光学双折射介质，用来感知待测物体的温度变化、应力和/或应变；

光源，用以产生宽频带的线偏振光，所述线偏振光沿所述光学双折射介质的两个正交偏振模传输，所述光学双折射介质输出光学输出信号；

线性光学起偏器，用以接收所述光学输出信号，并将所述光学输出信号的两正交偏振模相互混合；

干涉仪，用以接收透过所述线性光学起偏器的光，并获得两个正交偏振模之间的干涉，以产生偏振串扰峰；

处理器，根据偏振串扰峰之间的间距变化以获得所述光学双折射介质的温度变化，根据偏振串扰峰的峰值获得所述光学双折射介质的应力和/或应变。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述光学双折射介质包括保偏光纤。

11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：

光学延迟器，用以接收所述光学双折射介质输出的光学输出信号，使两个正交偏振模之间产生延迟，并传输给所述线性光学起偏器。

12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述传感装置还包括传感基板，用以与待测物体连接，所述光学双折射介质以线阵列方式或面阵列方式设置在所述传感基板上。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述传感基板上设置有凸起或沟槽，并且所述凸起或沟槽与所述光学双折射介质接触，使得所述光学双折射介质具有预设的偏振串扰。

14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述传感基板上开设有多个通孔，所述光学双折射介质穿过所述通孔，所述光学双折射介质分布在所述传感基板的两侧，使得所述光学双折射介质具有预设的偏振串扰。

15.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述传感基板上开设有多个通孔对，所述光学双折射介质穿过所述通孔对，所述光学双折射介质分布在所述传感基板的一侧，使得所述光学双折射介质具有预设的偏振串扰。

16.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述传感基板上开设有Z字型通道，所述光学双折射介质设置在所述Z字型通道内，使得所述光学双折射介质具有预设的偏振串扰。

17.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述光学双折射介质的偏振轴方向与传感基板的法线方向成45°。