[發明專利]基于頻響補償的光纖差分干涉傳感系統的頻響補償方法

有效

• 申請號: 202110670081.6
• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113390447B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 李楚瑞;王超;賈波;吳穎潔
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊宏泰

1.一種基于頻響補償的光纖差分干涉傳感系統的頻響補償方法，其特征在于，該系統包括沿光路依次設置的寬譜光源(1)、3×3光纖耦合器(2)、光纖延遲線圈(3)、2×2光纖耦合器(4)、傳感光纜(5)和法拉第旋轉鏡(6)；

寬譜光源(1)通過光纖與3×3光纖耦合器(2)的一個輸入端口連接，被3×3光纖耦合器(2)分成三束功率相同的光，其中，第一束光被耦合出纖芯，第二束光通過光纖延遲線圈(3)后與2×2光纖耦合器(4)的第一個端口連接，第三束光與2×2光纖耦合器(4)的第二個端口連接，光束從2×2光纖耦合器(4)的第三端口進入傳感光纜，由法拉第旋轉鏡(6)反射回來，再次進入3×3光纖耦合器(2)并產生干涉，第一光電探測器(7)和第二光電探測器(8)分別與3×3光纖耦合器(2)的另外兩個輸入端口連接，兩個光電探測器的電學輸出端連接放大器后再與模數轉換器連接；

應用光纖差分干涉傳感系統的頻響補償方法，包括以下步驟：

1)對采集到的兩路干涉信號進行相位還原，設擾動信號為f(t)，光纖延遲線圈產生的時延為τ，還原得到的相位差信號為：

則擾動信號f(t)的求解式為：

2)將擾動信號f(t)的求解式轉換為離散形式，擾動信號f(t)的求解式轉換為離散形式的表達式為：

…

…

其中，m為累加補償間隔，k表示離散時間區間序號，t₁、...、t_m+1、t_km+1分別為一系列的離散時間，Δt為時間步長；

確定初始條件后通過遞推計算的方式進行時域補償，所述的初始條件為第一個離散時間區間的值[f(t₁)，f(t_m)]，在得到第一個離散時間區間的值[f(t₁)，f(t_m)]后經過遞推計算得到第k個離散時間區間中各個離散時間點處的近似值；

所述的第一個時間區間的初值[f(t₁)，f(t_m)]的計算式為：

…

其中，C₁，C₂，...，C_m均為常數，在理想情況下，對于長度有限且初始時間點為t₁的信號，當t＜t₁時，f(t)＝0，則C₁，C₂，...，C_m取值均為0；

3)對于整個時域上的擾動信號f(t)經迭代補償后帶有頻率f＝K/τ的諧波的現象，其中K為自然數，則通過在時域補償后引入低通濾波器進行濾波消除該諧波。

2.根據權利要求1所述的一種基于頻響補償的光纖差分干涉傳感系統的頻響補償方法，其特征在于，該系統對光電探測器探測到的兩路干涉信號通過解調方法進行解調后，所得到的相位差信號的各頻率分量幅值A_i與該頻率ω_i有關，則有：

其中，τ為光纖延遲線圈產生的時延。

3.根據權利要求1所述的一種基于頻響補償的光纖差分干涉傳感系統的頻響補償方法，其特征在于，所述的步驟3)中，所述的步驟2)中，

光纖差分干涉傳感系統的輸入為f(t)，在引入低頻補償后，輸出結果還原為f(t)，則頻響補償系統的頻率響應函數h(jw)為：

其中，e為自然對數，j為虛數單位，ω為角頻率。

4.根據權利要求1所述的一種基于頻響補償的光纖差分干涉傳感系統的頻響補償方法，其特征在于，頻響補償方法采用的累加補償間隔，根據光纖延遲線圈長度L所產生的時延τ選取。

5.根據權利要求4所述的一種基于頻響補償的光纖差分干涉傳感系統的頻響補償方法，其特征在于，所述的累加補償間隔m的選取式為：

m＝L·n/c·fs

其中，L為光纖延遲線圈長度，c為光在真空中的傳播速度，n為光纖的折射率，fs為系統的采樣率。