[發(fā)明專利]一種波長自標定光纖FP傳感器解調方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010675102.9
• 申請日: 2020-07-14
• 公開（公告）號: CN111998884B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發(fā)明（設計）人: 毛雪峰;張夢瑤;紀笑嚴
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G01D18/00
• 分類號: G01D18/00
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 陳棟梁

本發(fā)明請求保護一種波長自標定光纖FP傳感器解調方法，屬于光纖傳感技術領域。其利用較大波長調諧范圍的快速掃描激光器結合FP標準具進行波長自標定，再利用波長解調算法實現光纖法布里?泊羅(FP)傳感器的動態(tài)絕對腔長的解調方法。本發(fā)明的效果和益處是從根本上解決光纖傳感領域中干涉型光纖傳感器工作點漂移以及光強波動帶來的動態(tài)范圍小和解調信號不穩(wěn)定的問題，而且對比其他方法又降低了系統(tǒng)的成本和復雜程度。本發(fā)明為聲波和振動信號的高靈敏度、大動態(tài)范圍的解調提供一種高性能的解決方案。

技術領域

本發(fā)明屬于光纖傳感技術領域，是一種利用較大波長調諧范圍的快速掃描激光器和光譜的波長自標定實現絕對腔長測量的光纖法布里-泊羅(FP)傳感器的解調方法。

背景技術

光纖FP傳感器屬于干涉型光纖傳感器，對比電子傳感器，光纖FP傳感器在聲波與振動測量領域具有結構簡單、靈敏度高、抗電磁干擾、體積小、安全、可遠距離遙測、形成光纖傳感網絡等諸多優(yōu)點。因而在聲波探測，振動檢測，建筑結構健康監(jiān)測等方面有著重要的應用。光纖FP傳感器探測聲波或者振動等動態(tài)信號的機理是外界信號引起探頭中的信號敏感部分振動，振動的信號敏感部分會使FP腔長發(fā)生改變，可以通過測量反射光強度變化或者直接測量腔長變換來表征探測到的信號，前者為干涉-強度解調，后者為波長解調。

干涉-強度解調是基于干涉信號按余弦規(guī)律變化的特點的，利用余弦曲線中線性度最好的一段作為相位-強度轉換曲線，這種傳感機理就帶來了環(huán)境因素變化下的工作點漂移問題和線性動態(tài)范圍小的問題。干涉-強度傳感器對聲波等動態(tài)信號進解調時，靜態(tài)工作點一般設置在干涉曲線斜率最大的π/2相位點(Q點)，這樣傳感器可以獲得最大的靈敏度和線性動態(tài)范圍。如果工作點因外界因素偏離Q點，傳感器的靈敏度就會降低并出現非線性響應。文獻1[J.F.Dorighi,S.Krishnaswamy,J.D.Achenbach,Stabilization?of?anembedded?fiber?optic?Fabry–Perot?sensor?for?ultrasound?detection,IEEE?Trans.Ultrason.Ferroelectr.Freq.Control?37(1995)820–824]和文獻2[Bing.Yu,Anbo.Wang,Grating-assisted?demodulation?of?interferometric?optical?sensors,Appl.Opt.42(2003)6824–6829]報道了通過動態(tài)調整光源中心波長的方式，補償環(huán)境因素引起的靜態(tài)工作點漂移，但由于光源的調諧范圍有限，對工作點漂移并不能無限補償，并且補償系統(tǒng)往往體積較大，結構復雜。

文獻3[專利號：201510158109.2，一種波長循環(huán)調諧補償干涉型傳感器工作點漂移的方法]使用波長循環(huán)調諧補償的方案實現了干涉-強度型傳感器的工作點補償，可以很好的穩(wěn)定工作點，但不能從根本上解決工作點漂移，而且限于干涉型傳感器的傳感機理，其線性動態(tài)范圍較小，不適合用于大信號檢測。

文獻4[Mao?X,Tian?X,Zhou?X,et?al.Characteristics?of?a?fiber-opticalFabry-Perot?interferometric?acoustic?sensor?based?on?an?improved?phasegenerated?carrier?demodulation?mechanism[J].Optical?Engineering,2015,54(4):046107]利用相位生成載波(PGC)解調法對聲波實現了檢測，但是也暴露了PGC解調方法在聲波檢測應用中靈敏度低，信號解調方法復雜等問題。

綜上所述，針對光纖FP傳感器對動態(tài)信號的測量提出一種的高靈敏度、大動態(tài)范圍和高穩(wěn)定性的解調方法及系統(tǒng)具有重要的意義和實用價值。

發(fā)明內容

本發(fā)明旨在解決以上現有技術的問題。提出了一種的高靈敏度、大動態(tài)范圍和高穩(wěn)定性的光纖FP傳感器的解調方法。本發(fā)明的技術方案如下：