[發明專利]一種全光纖頻域干涉絕對距離測量方法及裝置

有效

• 申請號: 201410478855.5
• 申請日: 2014-09-18
• 公開（公告）號: CN104197844B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發明（設計）人: 翁繼東;馬鶴立;陶天炯;劉盛剛;王翔;陳宏;戴誠達;劉倉理;吳強;譚華;李劍峰;蔡靈倉;王為;葉素華;汪小松;賈路峰
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司51214
• 代理人: 徐靜

1.一種全光纖頻域干涉絕對距離測量方法，其特征在于包括：

步驟1：寬帶光源產生光波通過陣列光纖濾波器后，光波通過光纖環形器第一端口入射至光纖環形器，光波傳播至光纖環形器第二端口后入射至光纖探頭尾纖，光纖探頭光出射端面出射光波并照射在反射體上，光纖探頭光出射端面同時接收從反射體表面返回的反射光波；

步驟2：光波從光纖探頭光出射端面發射時，由于菲涅耳效應，部分光從光纖探頭光出射端面直接反射回來，成為參考光束，另一部分光波照射在反射體表面上發生反射，并由光纖探頭光出射端面收集返回，叫做探測光束；寬帶光源輸出的光強度隨光波頻率f的分布函數為I₀(f)，其電場強度隨光波頻率f的分布函數為E₀(f)，兩者關系為：

I₀(f)＝|E₀(f)|²??(1)

參考光束的光強度隨光波頻率f的分布函數I_r(f)為：

I_r(f)＝a₁I₀(f)＝a₁|E₀(f)|²??(2)

其中a₁為光纖探頭光出射端面反射率，0<a₁≤1；假設光纖探頭光出射端面到反射體表面的距離為d，探測光束相對于參考光束多傳播的時間為c為真空中光速，所以探測光束電場強度相對于參考光束產生exp(2πTf)的相位延遲，其光強度隨光波頻率f的分布函數I_d(f)為：

I_d(f)＝(1-a₁)a₂I₀(f)＝(1-a₁)a₂|E₀(f)exp(2πTf)|²

???????????????????????????????????????????????????????????????????(3)

＝(1-a₁)a₂|E₀(f)exp(4πdf/c)|²

其中a₂為反射體反射效率，0<a₂≤1，探測光束和參考光束在光纖探頭中相遇后產生頻域干涉；

步驟3：參考光束和探測光束在光纖探頭中相遇后產生頻域干涉信號并一起通過光纖探頭尾纖返回到光纖環行器的第二端口，再經光纖環行器的第三端口依次輸送至可調光纖濾波器、光纖放大器；

步驟4：光纖放大器將頻域干涉信號放大后傳輸到光纖光譜儀；由光纖光譜儀記錄的頻域干涉光強Ι(f)的數學表達式可以寫為：

I(f)=|a1E0(f)+(1-a1)a2E0(f)exp(4πdf/c)|2=Ir(f)+Id(f)+2Ir(f)·Id(f)cos(4πdf/c)=I0(f)·[a1+a2-a1a2+2(1-a1)a1a2cos(4πdf/c)]---(4)]]>

對(4)式取傅立葉變換可得以時間t為橫坐標的頻域干涉光的功率譜函數G(t)：

G(t)=F[I(f)]=F[I0(f)]*F{[a1+a2-a1a2+2(1-a1)a1a2cos(4πdf/c)]}=G0(t)*[(a1+a2-a1a2)δ(t)+(1-a1)a1a2δ(t+2d/c)+(1-a1)a1a2δ(t-2d/c)]=(a1+a2-a1a2)G0(t)+(1-a1)a1a2G0(t+2d/c)+1-(a1)a1a2G0(t-2d/c)=b1G0(t)+b2G0(t+2d/c)+b2G0(t-2d/c)---(5)]]>

式中b₁＝(a₁+a₂-a₁a₂)和為常數，G₀(t)是I₀(f)經傅立葉變換后的功率譜函數；

步驟5：計算機中計算距離d，具體過程：當G₀(t)函數的特征時間點，即G₀(t)的極大值點位于t＝0時，式(5)在功率譜中表現為特征時間點在坐標t＝0、和的三個極大值點，依次稱為第1特征時間點、第2特征時間點和第3特征時間點；通過判讀第2、第3特征時間點的在時間坐標上的位置，即可得到的值，進而得到距離d。