[發明專利]一種基于游標效應的光譜解調方法及其解調裝置

有效

• 申請號: 201710995927.7
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN107860405B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 魯平;廖浩;劉德明
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26;G01B9/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春;李智

本發明公開了一種基于游標效應的光譜解調方法及其解調裝置，該解調方法包括如下步驟：測量級聯結構的游標效應光譜，對光譜進行快速傅里葉變換，得到的頻譜具有3簇頻率成分，選取其中頻率值最小的空間頻率成分，通過高斯濾波器提取出這一空間頻率，對提取出的空間頻率進行快速傅里葉反變換即可得到級聯游標光譜的包絡。通過級聯參考In?line MZI形成游標效應并提取出游標光譜的包絡，相同條件下，級聯游標光譜包絡的漂移量約為傳感In?line MZI光譜漂移量的倍，從而實現了靈敏度的放大。

技術領域

本發明屬于光纖傳感領域，具體的，涉及一種基于游標效應的光譜解調方法及其解調裝置。

背景技術

相比于傳統電學傳感技術，光纖傳感技術具有體積小、質量輕、靈敏度高、抗電磁干擾、適合惡劣環境下工作、易于復用組網等優點，光纖傳感技術目前已經廣泛的應用于人們生產生活的各個領域。在各種類型的光纖傳感器中光纖在線馬赫澤德干涉(In-lineMach-Zehnder Interferometer，In-line MZI)型傳感器是人們研究的一個重點，與傳統的馬赫澤德干涉儀相比，In-line MZI是一種全光纖結構，結構更加緊湊，具有靈敏度高、穩定性好、成本低廉等優點。

In-line MZI的干涉光譜通常由纖芯模和包層模之間的相互干涉產生，并且會有多個模式參與干涉，考慮到纖芯模和包層模之間模式有效折射率差較小，且包層模具有很大的損耗，因此，In-line MZI的干涉光譜通常具有較大的FSR且干涉光譜為多模干涉，干涉光譜呈現出典型的非周期性現象，大FSR和多模干涉為In-line MZI干涉譜的主要特征。

游標效應最早應用于游標卡尺和氣壓計中，用來提高測量的精確性，最近基于類似原理的光學游標效應被應用于干涉型光纖傳感器中用來實現光譜漂移的放大。與游標卡尺類似，傳統的游標效應要求兩干涉儀具有嚴格的周期性正余弦干涉譜，且兩干涉譜干涉條紋之間的間隔要近似相等。傳統游標效應的解調方法主要是基于包絡擬合的光譜解調，采用曲線擬合的方法獲取級聯游標光譜的包絡，通過測量包絡的漂移可以實現靈敏度的放大，放大系數最大可以達到一個數量級。

鑒于上文所述的In-line MZI的光譜特征，兩個In-line MZI串聯后，其級聯光譜十分雜亂，無法觀察到明顯的包絡特征，不能通過傳統的包絡擬合的方法實現解調，因此目前還沒有游標效應應用于In-line MZI實現靈敏度放大的相關報道。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種基于游標效應的光譜解調方法及其解調裝置，旨在解決現有的光譜擬合技術獲得級聯光纖干涉儀的級聯光譜包絡精度低的技術問題。

本發明提供的一種基于游標效應的光譜解調方法，級聯游標光譜為由兩個串聯的光纖干涉儀在入射寬譜激光后輸出，其中一個光纖干涉儀采集外界被測信號；該方法包括如下步驟：

對級聯游標光譜進行光譜頻譜轉換獲得空間頻率頻譜；

提取空間頻率頻譜中頻率值最小的一簇頻率中主頻率獲得級聯游標光譜包絡所對應的頻率成分；其中，主頻率為空間頻率頻譜中頻率值最小的一簇頻率中幅值最大的頻率；

對級聯游標光譜包絡所對應的頻率成分進行頻譜光譜轉換級聯游標光譜包絡；

提取級聯游標光譜包絡的峰值波長或者谷值波長的漂移，通過光譜的漂移量可以得到外界參量的變化量。

優選地，光纖干涉儀為光纖在線馬赫澤德干涉儀或雙光束干涉儀。

優選地，提取空間頻率頻譜中頻率值最小的一簇頻率中幅值最大的頻率通過一階高斯濾波器提取，一階高斯濾波器的中心頻率同主頻率相同。

優選地，光譜頻譜轉換為傅里葉變換或者快速傅里葉變換，頻譜光譜轉換為逆傅里葉變換或者逆快速傅里葉變換。

作為本發明的另一方面，本發明提供一種基于游標效應的解調裝置，包括：