[發明專利]基于虛擬參考干涉的靈敏度放大方法、裝置、設備及介質

有效

• 申請號: 202110330342.X
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113155164B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發明（設計）人: 方曉惠;張武;林春麗;陳圳南;黃仕宏;魯敦科;萬明桂
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 黎揚鵬

本發明公開了一種基于虛擬參考干涉的靈敏度放大方法、裝置、設備及介質，方法包括：根據干涉光線的強度以及干涉光線的有效折射率進行干涉強度計算確定傳感干涉儀的干涉光強；對傳感干涉儀的干涉光強進行調制處理確定調制結果；對調制結果進行構造處理確定虛擬參考干涉光譜的干涉光強；根據傳感干涉儀的干涉光譜以及虛擬參考干涉光譜確定疊加光譜以及游標效應的包絡；根據傳感干涉儀的干涉光譜以及游標效應的包絡確定傳感干涉儀的靈敏度以及游標效應的包絡的靈敏度；根據傳感干涉儀的靈敏度以及游標效應的包絡的靈敏度確定放大系數；本發明實現了減低制作成本，提高了傳感的靈敏度以及提高了傳感的通用性，能廣泛應用于干涉型傳感技術領域。

技術領域

本發明涉及干涉型傳感技術領域，尤其是基于虛擬參考干涉的靈敏度放大方法、裝置、設備及介質。

背景技術

干涉型傳感技術通過測量信號光束和參考光束的干涉光譜來分析各種信號的變化，已經成為最流行的技術之一。當傳感系統中的材料或結構發生變化時，干涉光譜會發生偏移，因而可用于測量溫度、應變、折射率和橫向載荷等。為實現高靈敏度檢測，利用游標效應放大靈敏度的方法被廣泛采用。游標效應通過集成在傳感系統中的兩個干涉儀來實現，一個用作參考干涉儀(RIM)，另一個用作傳感干涉儀(SIM)。SIM測量變化的信號，其干涉譜會隨著信號變化而漂移。RIM提供不受環境影響的參考干涉譜。兩個干涉譜的疊加，可得到了一個帶有包絡的光譜。該包絡漂移比SIM干涉譜的漂移大很多倍，從而放大系統的靈敏度。

盡管游標效應干涉傳感器具有較高的靈敏度，但仍存在一些不可避免的問題。首先，RIM和SIM的光程差(OPD)越接近，所獲得靈敏度放大倍數越大，這就要求兩個干涉儀的制作技術非常精確。T.Paixao等利用飛秒激光器報道了在單模光纖(SMF)上的刻制兩個OPD匹配的法布里珀羅干涉儀(FPI)，構成基于游標效應光纖傳感器，靈敏度放大倍數高達100倍。其缺點是需要高精度、昂貴的飛秒激光。還有一些文獻報道通過手動調節傳感器中的SIM或RIM以獲得匹配的OPD，這類方法可充分利用光譜范圍以獲得優化的靈敏度放大。然而所構造的傳感器結構通常很復雜，難于制造。其次，兩干涉儀OPD的可接近程度受波長測量范圍的限制，從而限制了游標效應的放大倍數。此外，實物RIM的干涉光譜不可避免地會受到外界環境的影響。為了克服這個問題，在一些報道中，RIM被放置在不靈敏的環境中，或者遠離測量環境。這些方案在一定程度上減輕了相關的測量誤差，但并不能完全消除誤差；此外，這也帶來了更多的測量不便和傳感系統的復雜性。

在上述已實現的游標效應工作中，RIM必須根據SIM的結構特點進行匹配設計并與之耦合，導致基于游標效應的每個傳感系統只能具有自己獨特的結構，從而限制了游標效應的通用性。最近，一些基于單干涉儀的游標效應解調方案被提出。Z.Xu等利用鎖模激光器產生的脈沖串通過微波光子濾波器，得到了游標效應的包絡線。由于脈沖串的重復頻率非常接近微波光子濾波器的頻率，因此靈敏度可以大大提高。然而，這種方法對鎖模激光器的穩定性要求很高，而且微波解調設備的成本也很高。Y.Wu等人報道了一種由波長可調諧激光器和單個干涉傳感器組成的傳感系統，當激光的采樣波長間隔接近SIM的自由光譜范圍(FSR)時，該系統輸出基于游標效應的包絡。然而，包絡擬合只能對少量點進行采樣，大大降低了高精度測量中的檢測極限。此外，測量還需要一個高成本的可調諧激光器。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例提供一種基于虛擬參考干涉的靈敏度放大方法、裝置、設備及介質，以簡化傳感結構，降低傳感成本并提高了基于游標效應的傳感的通用性。

一方面，本發明提供了一種基于虛擬參考干涉的靈敏度放大方法，包括：

輸入兩束干涉光線，根據所述兩束干涉光線的強度以及所述兩束干涉光線的有效折射率進行干涉強度計算，確定傳感干涉儀的干涉光強；

結合調制函數對所述傳感干涉儀的干涉光強進行調制處理，確定調制結果；

對所述調制結果進行構造處理，確定虛擬參考干涉光譜的干涉光強；