[发明专利]采用双方波和B-样条小波解调弱反射光纤布拉格光栅的方法

说明书

本发明公开了一种采用双方波和B‑样条小波解调弱反射光纤布拉格光栅。它包括如下步骤，步骤一：由数字信号发生器产生双方波信号驱动声光调制器，使连续单频激光器转换为双方波激光；步骤二：弱反射光纤布拉格光栅反射双方波激光，步骤三：光电探测器接收光强信号；步骤四：提取连续多个周期双方波信号下干涉区间的干涉特征值，形成干涉强度信号；步骤五：对干涉强度信号进行B‑样条小波降噪处理；步骤六：对降噪处理后的干涉强度信号进行希尔伯特变换；步骤七：对干涉强度信号和相移后的信号的比值进行反正切运算，最终得到干涉相位信号以反映外界振动信号。本发明具有能获得稳定的振动信号，结构简单，运算量小的优点。

技术领域

本发明涉及光纤传感系统的信号处理技术领域，更具体地说它是一种采用双方波和B-样条小波解调弱反射光纤布拉格光栅。

背景技术

弱反射光纤布拉格光栅(WFBG)由拉丝塔在线制备而成，具有相同的弱反射率、中心波长和间隔长度。通过对WFBG时分复用，以进行水下潜艇探测、地震预警和结构健康监测等。WFBG信号解调是实现应用的关键，日益受到广大学者的关注。

微波光子方法能够实现高速信号解调，但由于频移、差频和鉴频器件的存在，解调结构庞大而复杂。可调谐激光器方法和可调谐 Fabry-Perot滤波器方法用以检测WFBG的中心波长漂移，但很难检测漂移很小的中心波长。

非平衡Michelson干涉仪方法和Mach-Zehnder干涉仪方法采用匹配光纤和3×3耦合器实现对称解调，但系统复杂，运算量较大。采用两个声光调制器(AOM)调制双偏振脉冲方法以降低光路的偏振衰减，而上述采用Faraday反射镜的非平衡Michelson干涉仪结构也能起到类似作用。

单脉冲方法，设置单脉冲宽度为4/3倍相邻WFBG间光纤中激光往返传输的时间，则相邻WFBG反射的脉冲有1/3脉宽重叠干涉，对干涉区和左右非干涉区进行简单的数学运算，得到干涉信息；同样的脉冲结合3×3耦合器对称解调也可用于检测干涉信息，这两种方法的核心问题是干涉长度短，对WFBG的间距精度要求高。

双脉冲方法，其中单个脉冲周期等于相邻WFBG间光纤中激光往返传输的时间，该解调系统简单，但抗噪声能力弱，通过探测的信号均方根值变化来鉴定是否有异物入侵(LIU Tao,WANG Feng, ZHANG Xu-ping,et al.Phase sensitive distributed vibrationsensing based on ultraweak fiber Bragg grating array using double-pulse[J].Optical Engineering,2017,56(8):084104.)。为了降低噪声，采用同样的双脉冲，并增加一路10％的光源信号对双脉冲形成的干涉信号进行补偿，获得了稳定的PZT振动信号(LIUTao,WANG Feng,ZHANG Xu-ping,et al.Interrogation of ultra-weak FBG array usingdouble-pulse and heterodyne detection[J].Ieee Photonics Technology Letters,2018, 30(8):677-680.)。

因此，现亟需开发一种解调系统简单、能获得稳定的振动信号的 WFBG解调方法。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种采用双方波和B-样条小波解调弱反射光纤布拉格光栅，能获得稳定的振动信号，结构简单，运算量小。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种采用双方波和 B-样条小波解调弱反射光纤布拉格光栅，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一：由数字信号发生器产生双方波信号驱动声光调制器 (AOM)，使连续单频激光器转换为双方波激光；

步骤二：弱反射光纤布拉格光栅(WFBG)反射双方波激光，其中相邻WFBG中，前WFBG反射的后方波与后WFBG产生的前方波重叠发生干涉；