[發(fā)明專利]對(duì)偏振態(tài)變化不敏感的高精度光纖光柵傳感解調(diào)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410324053.9
• 申請(qǐng)日: 2014-07-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104048617B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃穩(wěn)柱;張文濤;甄騰坤;李芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01B11/16
• 分類(lèi)號(hào): G01B11/16;G01D5/26
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司11021
• 代理人: 宋焰琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種對(duì)偏振態(tài)變化不敏感的高精度光纖光柵傳感解調(diào)方法。

背景技術(shù)

伴隨著窄線寬激光器和光纖光柵傳感解調(diào)技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展，基于窄線寬激光器和光纖光柵的超高分辨率靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量方案受到光纖傳感領(lǐng)域科研工作者的重視(Q.W.Liu.An?ultra-high-resolution?FBG?static-strain?sensor?for?geophysis?applications.Proc.of?SPIE，Vol.7653，76530W，2010)。為了進(jìn)一步提高這個(gè)技術(shù)方案的應(yīng)變測(cè)量分辨率，要求光纖光柵具有更窄的帶寬。為此，日本東京大學(xué)提出了多種技術(shù)方案，采用比光纖光柵具有更窄的帶寬的光纖光柵法-珀干涉儀來(lái)實(shí)現(xiàn)更高精度的靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量(Q.W.Liu.Ultra-high-resolution?large-dynamic-range?optical?fiber?static?strain?sensor?using?Pound-Drever-Hall?technique.Optics?letters，36(20)，4044-4046，2011)。與此同時(shí)，劉慶文在其專利號(hào)為CN202853879U、CN203100689U、CN102818695A等專利中，也提出了利用一個(gè)參考的光纖環(huán)形腔和一個(gè)傳感光纖光柵的方案來(lái)檢測(cè)應(yīng)變，該方案也具有較大的應(yīng)變測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍和較高的應(yīng)變測(cè)量分辨率。

但是，以上幾種基于光纖光柵法-珀干涉儀或光纖環(huán)行腔的高精度靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量技術(shù)方案，都存在一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題：偏振態(tài)的不穩(wěn)定會(huì)讓系統(tǒng)解調(diào)結(jié)果出錯(cuò)。這是因?yàn)閱文９饫w存在兩個(gè)正交的偏振態(tài)，每個(gè)偏振態(tài)對(duì)于一個(gè)反射峰；實(shí)際傳感解調(diào)過(guò)程中，我們只用到其中一個(gè)反射峰，即只需要其中一個(gè)偏振模式；而兩個(gè)偏振態(tài)在外界環(huán)境擾動(dòng)下的此長(zhǎng)彼消，會(huì)讓解調(diào)結(jié)果出錯(cuò)。因此，上述方案，都通過(guò)外接一個(gè)偏振控制器來(lái)控制這兩個(gè)偏振態(tài)(消除其中一個(gè)偏振態(tài))以保證最終解調(diào)結(jié)果不受偏振態(tài)的影響；而實(shí)際中，偏振態(tài)在外界環(huán)境的擾動(dòng)下會(huì)不斷發(fā)生變化。偏振控制器可以在短期保證想要的偏振輸出狀態(tài)，但是長(zhǎng)時(shí)間后整個(gè)解調(diào)系統(tǒng)還是會(huì)因?yàn)槠駪B(tài)的不穩(wěn)定出錯(cuò)。雖然，商用的偏振分析儀可以輸出穩(wěn)定的偏振模式，但是這種儀器太昂貴。因此，需要研究一種方法，來(lái)解決這種基于光纖光柵法-珀干涉儀或光纖環(huán)行腔的高精度靜態(tài)應(yīng)變解調(diào)系統(tǒng)中偏振態(tài)不穩(wěn)定對(duì)解調(diào)結(jié)果造成影響的問(wèn)題。

小波分析是一種處理非平穩(wěn)信號(hào)的有力工具，并且通過(guò)小波變換可以獲得時(shí)域信號(hào)的時(shí)間-小波能量譜。這里我們首次利用基于小波變換的能量譜分析(時(shí)間-小波能量譜)來(lái)消除單模光纖光柵的偏振態(tài)不穩(wěn)定造成解調(diào)結(jié)果出錯(cuò)的問(wèn)題，并且同時(shí)可消除反射譜中的非平穩(wěn)的噪聲信號(hào)。目前，還沒(méi)有見(jiàn)到將基于小波變換的能量譜分析(時(shí)間-小波能量譜)用于消除光纖光柵反射譜偏振態(tài)對(duì)解調(diào)精度產(chǎn)生的影響或者計(jì)算兩路光纖傳感器反射譜的波長(zhǎng)差實(shí)現(xiàn)高精度應(yīng)變解調(diào)的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的是提供一種對(duì)偏振態(tài)變化不敏感的高精度光纖光柵傳感解調(diào)方法，并重點(diǎn)解決單模光纖光柵、光纖光柵法-珀干涉儀或相移光纖光柵偏振態(tài)不穩(wěn)定造成解調(diào)結(jié)果出錯(cuò)的問(wèn)題。另外，該方法采用了小波時(shí)頻能量譜反映光纖光柵的反射譜，可以對(duì)傳感信號(hào)進(jìn)行降噪處理，進(jìn)一步提高解調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)變測(cè)量精度。

本發(fā)明的對(duì)偏振態(tài)變化不敏感的高精度光纖光柵傳感解調(diào)方法，包括下列步驟：

步驟1：將兩路光纖光柵反射譜S₁、S₂分別進(jìn)行小波變換，得到小波變換的結(jié)果WT₁和WT₂，再利用得到的小波變換結(jié)果WT₁和WT₂計(jì)算兩路光纖光柵反射譜S₁、S₂的時(shí)間-小波能量譜，得到光纖光柵反射譜S₁的時(shí)間-小波能量譜H₁和光纖光柵反射譜S₁的時(shí)間-小波能量譜H₂；

步驟2：檢測(cè)時(shí)間-小波能量譜H₁、H₂的峰值位置，再根據(jù)檢測(cè)出的峰值位置，將時(shí)間-小波能量譜H₁進(jìn)行能量融合得到新的時(shí)間-小波能量譜E₁，將時(shí)間-小波能量譜H₂進(jìn)行能量融合得到新的時(shí)間-小波能量譜E₂；