[發明專利]一種短腔光纖法珀傳感器的腔長解調算法

有效

• 申請號: 201810333281.0
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108534811B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 王偉;唐瑛;張雄星;陳海濱;王可寧;高明
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G01D5/26;G01D5/30
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 黃秦芳

本發明公開了一種短腔光纖法珀傳感器的腔長解調算法，屬于光纖傳感技術領域。其特征為采用白光光源發射的寬帶光照射短腔光纖法珀傳感器，并采集短腔光纖法珀傳感器的反射光譜，將原始反射光譜信號沿功率譜密度圖橫坐標方向移動一定距離，得到新增反射光譜信號，其移動距離小于反射光譜信號的周期長度，利用橢圓擬合方法對原始光譜信號與新增光譜信號求取相位差，根據法珀腔腔長計算公式得到實際絕對腔長值。本發明解決了短腔光纖法珀傳感器解調系統在獲取光譜不完整時的腔長解調問題，降低了系統對光源光譜范圍的要求。

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，具體涉及一種短腔光纖法珀傳感器的腔長解調算法。

背景技術

光纖法珀傳感器是相位型光纖傳感器中一種重要的類型，這種光纖光學傳感器外形小巧、易于制作，相比于同類電子傳感器，具有體積小、重量輕、靈敏度高、不受電磁干擾影響、可遠程傳感等優點。由于法珀腔材料的多種可選擇性,光纖傳感器可適用于高溫、高壓、強化學腐蝕和強電磁干擾等惡劣的工業和軍事環境中,如深油井下壓力和溫度的測量,橋梁、大壩的健康監測、核爆實驗現場的聲波檢測、大型電力及能量設備的健康監測等等,也可應用于生物醫學領域的體內壓力測量等。

光纖法珀傳感系統分為傳感器和解調系統兩部分。腔長解調是整個解調系統的關建，直接影響解調精度、系統的穩定性等性能。目前主要使用的解調方法有：相位解調和強度解調。較早使用的強度解調方法具有響應速率快，結構簡單，成本低等優點，但由于受光源光功率的波動和光在光纖中有較大損耗的影響，導致解調精度低。

目前，使用較為廣泛的是相位解調法中的傅里葉變換方法。此方法具有動態范圍大，不受相位噪聲影響的優點。但由于傅里葉變換方法中本身存在的柵欄效應，遮擋有效信息點，頻率分辨率被降低。提高頻率分辨率只有增加采樣點數，提高光譜測量范圍來解決，并不適用于光源光譜較窄的法珀傳感系統的腔長解調。相位法解調中的相關法解調，相較于傅里葉變換方法降低了光譜測量范圍的要求，但同時要求在所測光譜范圍內存在完整周期的信號。腔長小于30μm的法珀傳感器都屬于短腔長法珀傳感器，以20μm腔長的法珀傳感器為例，當ASE光源中心波長為1550nm時，經計算得反射光譜信號的相鄰兩個峰之間的間距約為62nm,而ASE光源光譜寬度普遍為40nm左右，無法得到完整周期的光譜信號，不能使用相關法解算。

相關技術中如“一種光纖F-P傳感器的腔長解調算法”(專利號：CN 1831485 A)中，提出了一種均方誤差對F-P傳感頭腔長估計子的質量評價方法。專利所提供的實施例中使用的光源范圍為80nm，光譜序列長度為2000，所測平均腔長為303.9μm。經計算，所捕獲的光譜中至少有1個完整的光譜周期，且要求的采樣點數較多。在“一種非本征型光纖法布里珀羅腔長解調方法”(專利號：CN 103697923 A)中提出了一種多波長強度解調方法，針對的是100μm以上的腔長解調，且需要多個不同波長的激光器作為光源測量多個返回強度值。從上述已知的文獻中，無針對解決解調系統中使用光譜法對非完整光譜進行解調得到腔長的方法及此情況下腔長解調精度低的方案。

發明內容

本發明的目的是提供一種短腔光纖法珀傳感器的腔長解調算法，以克服現有技術存在的無法使用光譜法針對非完整光譜進行解調得到腔長及腔長解調精度低的問題，同時解決要求光源帶寬較寬的問題。

本發明所采用的技術方案為：

一種短腔光纖法珀傳感器的腔長解調算法，其特征在于：

所述算法過程是：

采集短腔光纖法珀傳感器的反射光譜，將原始反射光譜信號沿功率譜密度圖橫坐標方向移動一定距離，得到新增反射光譜信號，其移動距離小于反射光譜信號的周期長度，利用橢圓擬合方法對原始光譜信號與新增光譜信號求取相位差，根據法珀腔腔長計算公式得到實際絕對腔長值。

所述的一種短腔光纖法珀傳感器的腔長解調算法，其特征在于：

包括如下步驟：