[發明專利]基于信號譜乘積分析的中心波長解調方法和系統

在審

• 申請號: 202210657052.0
• 申請日: 2022-06-10
• 公開（公告）號: CN114923588A
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 王金棟;朱濤;黃景晟
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00;G06F7/523
• 代理公司: 重慶雙馬智翔專利代理事務所(普通合伙) 50241
• 代理人: 顧曉玲

本發明提供一種基于信號譜乘積分析的中心波長解調方法和系統，該系統包括光源、環形器、待測器件、分光模塊、光電探測陣列和中心波長解調模塊，光源通過環形器將光源信號提供給待測器件，待測器件將反射信號譜反向傳輸回該環形器，經由環形器傳輸給分光模塊，分光模塊將反射信號譜分離成多個獨立的縱模，光電探測陣列對多個縱模進行一一對應的稀疏采樣，并將采集到的各個縱模傳輸給中心波長解調模塊；中心波長解調模塊基于信號譜乘積，對各個縱模進行分析解調，獲得待測器件的中心波長。本發明結構簡單，解調所基于的數據量少，且解調方法簡單，解調速度快。

技術領域

本發明屬于光纖傳感領域，具體涉及一種基于信號譜乘積分析的中心波長解調方法和系統。

背景技術

光纖布拉格光柵(FBG)是一種折射率調制器件，可以反射與待測量相關的特定波長，在光纖傳感和光纖精密領域有著極為重要的應用。FBG定位準、精度高、易復用，在許多應用場景有著其他傳感技術不可替代的獨特優勢。光纖光柵可用于應力、應變、溫度、震動等多種參數的傳感。布拉格光柵的中心波長，即布拉格波長，是其核心性能參數，可以直接表征激光器的穩頻特性，更和所傳感量值直接線性相關；因此精確地解調布拉格光柵的中心波長具有重要的意義，是布拉格光柵研究的核心議題?？萍己蜕鐣目焖侔l展，對FBG解調的速度和精度都提出了更高的要求。

傳統的基于光譜測量的布拉格光柵解調方法已趨于成熟；已經商業化和產業化的方法可以分為兩類，一種是基于寬帶光源和光譜儀的方法，另一種是基于快速掃描可調諧激光器和光電探測器的方法；其基本機理是從測量得到的分辨力有限的、含噪聲的反射光譜中解算布拉格波長的大小，進而估計出待測物理量的大小或評價光功能器件的性能。然而，這些方法面臨著巨大的挑戰，因為理論上這些方法都采集了大量無用的數據并需要復雜的計算步驟，因此導致了較低的解調速度。國內外市場上現存的商業化的布拉格光柵解調儀，大都無法實現高速的FBG解調。如BaySpec、FBGS、Luna等公司的布拉格光柵解調儀器，單通道測量速度最大僅為5～10kHz，而典型狀態速度僅為100～1000Hz。

近年來，隨著科學技術和工業生產的快速發展，對超快過程如高頻振動等檢測的需求越來越高。例如，在航空航天工業中，危險的諧振頻率是導致發動機引擎、機匣、轉軸等部位損害的主要原因之一，因此實時的振動頻率檢測是十分必要的。布拉格光柵傳感器可以實現多點、分布式的、深入內部的測量，是一種理想的選擇。又如在超快激光系統、可調諧激光系統中，布拉格光柵的中心波長的實時、高速監測，可以有效地對光學系統進行診斷或性能表征。在這些過程中，往往需要數百kHz、MHz級別甚至更高的解調速度，而這一需求是傳統方法很難實現的。

發明內容

本發明提供一種基于信號譜乘積分析的中心波長解調方法和系統，以解決目前中心波長解調方法解調速度較慢的問題。

根據本發明實施例的第一方面，提供一種基于信號譜乘積分析的中心波長解調方法，包括：

步驟S110、獲取待測器件提供的信號譜，所述信號譜為高斯信號譜或類高斯信號譜；

步驟S120、將所述信號譜分離成多個獨立的縱模；

步驟S130、分別對多個縱模進行采樣；

步驟S140、基于信號譜乘積，對采集到的各個縱模進行分析解調，獲得所述待測器件的中心波長。

在一種可選的實現方式中，所述步驟S140包括：

步驟S141、對所述縱模進行乘法運算，獲得信號譜乘積；

步驟S142、求取所述信號譜乘積的對數，并確定參數A和參數B；

步驟S143、基于所述參數A和參數B，對所述信號譜乘積的對數開方，獲得所述待測器件的中心波長。

在另一種可選的實現方式中，在所述步驟S140之后，還包括：確定所述待測器件的中心波長變化量。