[发明专利]基于全光谱的光纤FP传感器的解调方法及其解调装置

说明书

本发明公开了一种基于全光谱的光纤珐珀(Fabry‑Perot,FP)传感器的解调方法及其解调装置，其中解调方法探测光纤FP传感器的全光谱信息；将光纤FP传感器的全光谱导入计算机中，并从全光谱中选取N组相位差互为120°的三波长；基于三角函数关系，采用三波长对称解调消除每个波长对应光强中的直流分量，得到每个波长的新光强；对同一组中三波长的新光强进行微分处理，并采用同一组中三波长的新光强及对应的光强微分结果计算同一组三波长的输出相位；当所选取的N组相位差互为120°的三波长的输出相位均已计算出时，采用N个输出相位相加求平均得到相位解调结果。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种基于全光谱的光纤FP传感器的解调方法及其解调装置。

背景技术

光纤传感器拥有电绝缘、抗电磁干扰，并且耐高温、耐腐蚀等优点，便于联网与远距离遥测，最重要的是本质无源，可应用于强辐射、强腐蚀、高温等恶劣工作环境下，光纤传感器已逐渐成为新一代传感器的主流发展方向之一。基于光纤FP腔的传感器对温度交叉敏感性很小，传感器对光纤信号干扰小，能够提供很高的分辨率，得到了广泛的应用。

根据解调时所利用的光学参数的不同，光纤FP传感器解调方案可分为强度解调和相位解调两大类。强度解调是当输入光波长恒定时，由于外部物理参量如温度、压力、应力等变化引起腔内介质折射率和腔长的变化，从而改变了光程差，进而引起光纤FP传感器输出光强的变化。目前强度解调存在的不足是需要使用三个光源，且容易受到外界环境和光源光强波动的影响。相位解调法有条纹计数法、傅里叶强度谱法等。条纹计数法易受条纹畸变影响从而影响精度，且不同用于传感器的空间复用。傅里叶强度谱法由于受到光谱范围的影响分辨率有限。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种基于全光谱的光纤FP传感器的解调方法及其解调装置，其通过消除直流分量及对多组相位值做平均，以达到消除外界环境影响。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

第一方面，提供一种基于全光谱的光纤FP传感器的解调方法，其包括：

探测光纤FP传感器的全光谱信息；

将光纤FP传感器的全光谱导入计算机中，并从全光谱中选取N组相位差互为120°的三波长；

基于三角函数关系，采用三波长对称解调消除每个波长对应光强中的直流分量，得到每个波长的新光强；

对同一组中三波长的新光强进行微分处理，并采用同一组中三波长的新光强及对应的光强微分结果计算同一组三波长的输出相位；

当所选取的N组相位差互为120°的三波长的输出相位均已计算出时，采用N个输出相位相加求平均得到相位解调结果。

进一步地，探测光纤FP传感器的全光谱信息进一步包括：

将扫描半导体激光器发出的光经传光器件打入光纤FP传感器，并将光纤FP传感器返回的反射光经传光器件另一端进入光谱探测装置，探测得到光纤FP传感器的全光谱。

进一步地，所述传光器件为环形器或耦合器。

进一步地，所述扫描半导体激光器的光谱窗口大于或等于其自由光谱范围。。

进一步地，所述基于三角函数关系，采用三波长对称解调消除每个波长对应光强中的直流分量，得到每个波长的新光强进一步地包括：

计算每个波长的光强：

其中，I_i,k(t)为第i组中第k个波长的光强，i＝1，2，3，…，N，k＝1，2，3；I₀为光源发出光的光强；为第i组中三波长在t时刻的相位值；D为直流分量；