[发明专利]一种法珀型点式光纤传感器的腔长检测优化方法

说明书

本发明公开了一种法珀型点式光纤传感器的腔长检测优化方法，包括如下步骤：构建以法珀腔的腔长为拟合控制参数的反射光强模型；获取入射光强数据，并基于入射光强数据得到实测反射光强数据，并基于入射光强数据与反射光强模型得到理论反射光强数据；构造基于实测反射光强数据与理论反射光强数据的误差判据；进行误差判据最小化的拟合，使对应的拟合控制参数可实现最优拟合，即得到法珀腔的腔长。本发明应用于光纤传感领域，可以显著改善宽带光源带宽内输出不恒定导致的法珀型点式光纤传感器腔长解算不准确问题，具有广泛适用性和实用性。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体是一种法珀型点式光纤传感器的腔长检测优化方法。

背景技术

点式光纤传感器具有强抗电磁干扰能力、高精度、高灵敏、快响应、宽频带、小尺寸、易制备、耐腐蚀等诸多优点，可以应用于动态量和静态量的监测，包括动态的声压、振动、加速度等的检测，以及静态的压力、反射率、湿度、温度等的检测，目前，这类传感器在生物医学、航空航天、航海深潜等领域有着越来越广泛的应用前景。

法布里-珀罗干涉型(简称，法珀型)点式光纤传感相比于其他点式光纤传感器，如马赫-曾德尔干涉型、迈克尔逊干涉型、萨格奈克干涉型，具有结构紧凑、高灵敏度等优势，法珀型点式光纤传感器中的典型结构是由光纤端面和敏感膜片构成的法珀腔，当振动、压力等待测物理量作用于敏感膜片时，腔长改变，导致光路光程差微小变化，进而形成相位调制，实现物理量检测。现有技术中，早在20世纪90年代就利用两端光纤的端面制作出了法珀型点式光纤传感器原型样机，在1996年又基于聚合物薄膜和多模光纤制备了法珀腔。2000年前后又尝试了以硅膜片为敏感膜片制备法珀腔，在2000年以后，分别尝试采用铜膜、SU-8光刻胶膜、银膜、石墨烯膜等作为敏感膜片研制法珀型点式光纤传感器。

当前法珀型点式光纤传感器的干涉光谱解调方法主要分为相位解调和强度解调两类。干涉光谱强度解调法普遍精度较差、量程较小、对光源要求高；干涉光谱相位解调法精度较高、量程较大，在高精度测量领域应用潜力大，也是当前法珀型点式光纤传感器解调系统中较为普遍的解调方法。主要相位解调方法包括条纹计数法、傅里叶变换法、相关解调法等，其中，纹计数法，特别是条纹计数法中的双峰解调法是相位解调法中原理最简单最容易实现的解调方法。当前研究工作表明，干涉光谱中峰位识别的微小误差可导致较大的条纹计数法解算误差。为克服这一难题，准确解算法珀型点式光纤传感器法珀腔长度，发明提出一种改进的腔长检测优化方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中腔长检测方法误差较大等难题，提出了一种法珀型点式光纤传感器的腔长检测优化方法，具有广泛适用性和实用性。

为实现上述目的，本发明提供一种法珀型点式光纤传感器的腔长检测优化方法，包括如下步骤：

构建以法珀腔的腔长为拟合控制参数的反射光强模型；

获取入射光强数据，并基于入射光强数据得到实测反射光强数据，并基于入射光强数据与反射光强模型得到理论反射光强数据；

构造基于实测反射光强数据与理论反射光强数据的误差判据；

进行误差判据最小化的拟合，使对应的拟合控制参数可实现最优拟合，即得到法珀腔的腔长。

在其中一个实施例，所述构建以法珀腔的腔长为拟合控制参数的反射光强模型，具体为：

若光纤端面-空气反射面和空气-石墨膜片反射面的反射率分别为R₁和R₂，腔长为L，检测光波长为λ，入射光强为I₀，则光电探测器接收反射光强I_R满足：

去除直流偏置项，将式(1)简化，为：