[發明專利]基于位置相關色散特性的快速低相干干涉解調方法

有效

• 申請號: 201410007974.2
• 申請日: 2014-01-08
• 公開（公告）號: CN103759748A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 劉鐵根;江俊峰;王雙;劉琨;尹金德;石俊鋒;吳振海;張學智
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26;G02F2/00
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

?本發明涉及一種基于位置相關色散特性的快速低相干干涉解調方法，屬于光纖傳感領域。

背景技術

相移法和低相干干涉法是光學干涉領域中兩類重要的距離測量方法，被廣泛用于三維形貌檢測、光學相干斷層掃描以及光纖傳感領域，例如，壓力、折射率測量。相移法具有精度高、處理速度快的特點，但由于存在相位模糊問題，其測量范圍局限于???????????????????????????????????????????????內，因此，常用于光滑表面測量。低相干干涉法可以克服相移法中的相位模糊問題，且理論上對測量范圍沒有限制。但低相干干涉條紋形態容易受到噪聲及光源譜形畸變的影響，嚴重影響低相干干涉法的解調精度。

將低相干干涉條紋的峰值信息與相位信息相結合，能夠有效提升低相干干涉法的解調精度。這種包絡峰值與相位信息聯合解調方法通過條紋包絡峰值位置確定干涉級次，消除了相位模糊問題，其解調結果可以達到相移法的精度，同時又保留了低相干干涉法測量范圍大的優勢。但由于低相干干涉系統使用寬帶光源，系統不可避免地受到色散因素的影響，導致低相干干涉條紋信號發生一系列變化，包括：包絡峰值強度減弱，包絡展寬，包絡峰值位置和低相干干涉條紋偏移。當系統中的色散為位置無關色散時，包絡峰值位置與低相干干涉條紋的偏移量相同且為常量，當系統中的色散為位置相關色散時，包絡峰值位置與低相干干涉條紋的偏移量不同，且與低相干干涉條紋所在位置相關。這會導致低相干干涉條紋包絡峰值信息與相位信息的不一致，當其不一致性大于時，就會導致干涉級次誤判，產生階躍性錯誤。

發明內容

本發明的目的是解決傳統解調方法在含有位置相關色散因素的低相干干涉系統中存在的上述問題，提供一種基于位置相關色散特性的快速低相干干涉解調方法，在無需先驗信息的條件下，利用系統位置相關色散特性實現低相干干涉的大量程、高精度測量。

本發明提供的基于位置相關色散特性的快速低相干干涉解調方法，采用低精度的質心法得到包絡峰值位置，根據系統位置相關色散特性及相移法計算得到中心波長干涉條紋的中心條紋峰值位置，以及該中心條紋的級次，從而恢復出中心波長干涉條紋的零級條紋峰值位置，進而實現距離的快速高精度解調，具體步驟是：

第1、確定低相干干涉條紋包絡峰值位置，并解調出包絡峰值位置對應的低精度距離；

第1.1、通過質心法確定低精度的低相干干涉條紋包絡峰值位置：

其中，為低相干干涉信號對應的位置信息，為處的低相干干涉信號強度；

第1.2、根據上面的包絡峰值位置計算低精度距離：

其中，是光源光譜的中心波數，為光源光譜的中心波長，是中心波長對應的折射率，α是光源光譜范圍內位置相關色散引起的折射率變化率，是一種色散特征屬性；

第2、根據位置相關色散特性判定中心波長干涉條紋的中心條紋級次：

；

第3、根據位置相關色散特性確定中心波長干涉條紋的中心條紋峰值位置；

第3.1、確定低相干干涉條紋中心條紋峰值位置：

其中，，為光源光譜波數半峰全寬；

第3.2、以為初始位置，利用五步相移公式得到低相干干涉條紋中心條紋對應的相對相位的正切函數：

其中，為低相干干涉條紋中心條紋對應的相對相位，可以通過對進行四象限反正切運算獲得；

第3.3、對已經確定的低相干干涉條紋中心條紋對應的相對相位進行最小二乘線性擬合，擬合直線縱坐標為零的點所對應的橫坐標值即為準確的低相干干涉條紋的中心條紋峰值位置；

第3.4、根據位置相關色散特性及已獲得的，計算得到準確的中心波長干涉條紋中心條紋的峰值位置：

其中，；

第4、利用準確的中心波長干涉條紋的中心條紋峰值位置和級次，恢復出準確的中心波長干涉條紋的零級條紋峰值位置：

從而確定準確的距離信息，實現距離的高精度解調。

?

本發明的有益效果及優點在于：

1、?本發明方法根據低相干干涉系統位置相關色散特征，綜合利用質心法和相移法恢復中心波長干涉條紋的零級條紋峰值位置，實現高精度距離解調；

2、本發明方法不需要先驗信息，計算簡單、準確性高；?

3、低相干干涉條紋的包絡峰值位置的確定和中心條紋峰值位置的準確獲取都是在空間域下進行，相比于基于傅立葉變換的相位解調方法，速度提高10倍以上。