[發明專利]法布里-珀羅腔測微壓的解調方法、系統及裝置

在審

• 申請號: 202111489006.6
• 申請日: 2021-12-07
• 公開（公告）號: CN116242526A
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 董玉明;劉維;楊天宇;石云杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: G01L11/02
• 分類號: G01L11/02
• 代理公司: 深圳智趣知識產權代理事務所(普通合伙) 44486
• 代理人: 李興生

本發明提供了一種法布里?珀羅腔測微壓的解調方法、系統及裝置，包括：設置參考壓力；獲取所述參考壓力下法布里?珀羅腔對應的第一頻譜；獲取第一特征值，在所述第一特征值的序列中選擇第一新度量；根據所述第一新度量與所述參考壓力構建函數關系；獲取測量壓力時法布里?珀羅腔對應的第二頻譜；獲取第二特征值，選擇與所述第一新度量序列相同的所述第二特征值作為第二新度量；根據所述第二新度量與所述函數關系得到解調后的壓力測量值。本發明能夠避免解調誤差以及解調誤差增大和解調速度降低的問題；同時，本發明所述的方法能夠直接得到壓力測量值，無需先解調出腔長再換算成壓力，避免因壓力與腔長不是嚴格線性關系而導致的解調誤差。

技術領域

本發明涉及一種法布里-珀羅腔測微壓的解調方法、系統、裝置、電子裝置以及可存儲介質，屬于微壓傳感器領域。

背景技術

醫學領域，體內壓力監測對于判斷器官和組織損傷具有重要意義。光纖法布里-珀羅微壓傳感器具有靈敏度高，抗電磁干擾，體積小等優點，可以實現多個醫療領域的精確醫療，例如，心血管供血能力評估等。光纖法布里-珀羅微壓傳感器的性能取決于傳感器的應用場景。根據《醫用壓力分析示范標準收集標準》，在心血管供血能力評估領域，在6.7kPa至40kPa范圍內傳感器的讀數誤差要求在±3％以內。因此，對微壓傳感器的解調精度要求高。干涉型光纖法布里-珀羅微壓傳感器利用寬光譜攜帶更大信息量的特點，從而具有測量精度高、動態范圍大的優勢，是微壓監測的理想手段之一。

干涉解調的關鍵是利用其寬光譜干涉信號求解光纖法布里-珀羅腔的腔長，根據等效初相位的處理情況可分為兩種解調類型，TYPE?I和TYPE?II解調?？焖俑道锶~變換(FFT)是TYPE?I解調的常用方法，該方法通過FFT計算條紋數來確定光程差。這種基于直接頻率估計的解調方法稱為TYPE?I解調。在此基礎上還發展出Buneman頻率估計、快速全相位法等方法，它們必須進行大數據量的計算才能有較高精度但提升幅度有限，其精度和分辨率僅限于百納米，也限制了解調速度。TYPE?II解調利用了已知的等效初相位，具有分辨率高，動態范圍大，魯棒性強的優點。但光纖法布里-珀羅腔質量不高，使得等效初相位隨腔長改變，且估計等效初相位需要嚴格的實驗控制(穩定的控制，確定的初始階段)，這使得等效初相位估計不夠精確造成壓力測量誤差。這一技術缺陷始終制約著光纖法布里-珀羅微壓傳感器解調精度。因此，提供一種具有高精度的微壓解調方法以克服上述解調方法的缺陷成為一種必需。

以中國專利CN109520429為代表的現有技術，首先采用FFT得出一個粗腔長估計量L，隨后在粗腔長前后設定模擬腔長的取值范圍，設置步進腔長ΔL生成總數為K的模擬腔長序列{Li}，進而帶入最大似然公式，最后最大值所對應的模擬腔長Li即為解調腔長。這種方法選擇合適的步進腔長ΔL，精估計只需要在很小的一個腔長范圍內完成，因此大幅提高了精估計中最大似然估計的速度，也就能實現高速高精度的解調。

但是，由于上述方法的非同步采樣，會引起頻譜泄漏和柵欄效應，所以只能觀察到真實譜線附近的譜線，將該譜線用于粗腔長估計時也會有較大估計誤差，在很大程度上影響解調的精度和時間；而且，上述方法沒有考慮到法布里-珀羅腔等效初相位對解調精度的影響；對于理想法布里-珀羅腔等效初相位是一個固定值。而在多模光纖中，多模傳輸或是法布里-珀羅腔質量不高導致光束發散、不平行都將使等效初相位隨腔長變化。不精確的法布里-珀羅腔等效初相位值會導致最大似然估計值所對應的模擬腔長與實際腔長偏差較大，降低解調精度。實際中，估計初相位需要嚴格的實驗環境，需要具有穩定的控制和確定的初始階段，這使得估計精確的等效初相位很困難；而且，FFT嚴格適用于平穩過程，而光譜采集時壓力變化、環境干擾引起法布里-珀羅腔長變化導致大的測量誤差。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種法布里-珀羅腔測微壓的解調方法、系統及裝置，用于解決前述技術問題中的至少一個。

具體地，其技術方案如下：

一種法布里-珀羅腔測微壓的解調方法，包括：

設置參考壓力；