[发明专利]基于探测器时域响应的光纤布拉格光栅弱信号解调方法

摘要

本发明公开了一种基于光电探测器时域响应的光纤布拉格光栅弱信号解调方法，步骤(1)、确定寻峰区域；步骤(2)、获取采样点与波长值对应序列；步骤(3)、构建探测器响应模型步骤(4)、拟合FBG反射光谱：以高斯函数与探测器冲激响应函数的卷积作为拟合函数拟合方程为两函数、四个参数的卷积结果；步骤(5)、获得对应位置解调波长。与现有技术相比，本发明通过卷积函数对谱型的高精度拟合，提高了解调精度；以光电探测器脉冲响应为基础构建的探测器时域响应模型，模型为包含四个参数的方程，因此十分简便；可普遍用于无畸变及不同畸变程度光纤布拉格光栅反射光谱的解调；可实现温度、应变、压力的高速高精度解调。

主权项

1.一种基于光电探测器时域响应的光纤布拉格光栅弱信号解调方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤(1)、构建基于可调谐F‑P滤波器的弱光强解调系统，从而获得不同探测器增益下的归一化光纤布拉格光栅反射光谱，即采样点(1,2,…,N)‑幅值序列X(A1,A2,…,AN)，设定光谱采样点幅值的对应阈值Φ，截取幅值大于阈值Φ的采样点序列P(Aa+1,Aa+2,…,Aa+n)作为寻峰区域，序列共包含n个点，其中a+1为序列X中超过阈值的起始采样点坐标，a+n为序列X中超过阈值的终止采样点坐标；步骤(2)、以透射峰值波长作为波长参考，获取采样点(1,2,…,N)‑波长值对应序列(λ1,λ2,…,λN)；步骤(3)、构建探测器响应模型，仿真得到不同畸变程度光纤布拉格光栅反射峰谱型；表达式如下：其中，符号*表示卷积运算，fin(t)表示时域输入信号，τ为在0至∞范围内变化的时间值，h(t)表示探测器时域冲激响应系数，通过探测器脉冲响应函数与脉冲函数反卷积得到探测器时域冲激响应系数h(t)，表达式如下:h(t)＝α·exp(‑t/β)其中，α表示与探测器输出幅值相关的系数，β表示探测器时间响应系数的拟合值；步骤(4)、拟合FBG反射光谱：以高斯函数与探测器冲激响应函数的卷积作为拟合函数，表达式如下：其中，高斯函数包含对称轴μ、标准差σ两个参数，探测器响应函数包含幅值参数α、时间系数β两个参数；拟合方程为两函数、四个参数的卷积结果；式中，N表示一个周期内等时间间隔采集的采样点总数，m为在1和N之间变化的变量，n为1至2N‑1之间的量；步骤(5)、设置参数α、β、μ、σ范围及最佳寻峰阈值，以使得最佳寻峰阈值与步骤(1)中的阈值Φ相等；根据阈值Φ，仿真FBG光谱fFBG(n)中在阈值以上的点构成序列Q(Bb+1,Bb+2,…,Bb+m)，序列Q共包含m个点，其中，b+1为序列Q中超过阈值的起始横坐标，b+m为序列Q中超过阈值的终止横坐标；通过线性插值，将步骤(1)中序列P转换为序列P’(A_b’+1,A_b’+2,…,A_b’+m)，其中，b’+1为变换后的起始横坐标，b’+m为变换后终止横坐标，且A_b’+1＝A_a+1，A_b’+m＝A_a+n，运用最小二乘法：获得寻峰区域拟合最优参数(μ’,σ’,α’,β’)，其中k从1递增至m；求取拟合结果最大值横坐标b’+k₀，k₀为1至m之间的值；通过三次样条插值，求取b’+k₀在序列(λ₁,λ₂,…,λ_N)中的对应波长λ，即为解调波长。