本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)，特別涉及一種基于光纖環(huán)干涉?zhèn)鞲衅鞯碾p參量幅相融合解調(diào)方法。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、資源勘探技術(shù)的深入發(fā)展以及基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測(cè)需求的日益增長(zhǎng)，對(duì)高精度、高穩(wěn)定性測(cè)量技術(shù)的需求愈發(fā)迫切。光纖干涉型傳感器以其高靈敏度、大測(cè)量范圍以及抗電磁干擾能力，在精密測(cè)量、環(huán)境監(jiān)測(cè)和工業(yè)控制等多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力和廣闊的市場(chǎng)前景。光纖環(huán)干涉?zhèn)鞲衅?fiber?ringinterferometric?sensor,fris)作為一種新型光纖干涉型傳感器，憑借其獨(dú)特的環(huán)腔衰蕩結(jié)構(gòu)和時(shí)域無限沖激響應(yīng)的優(yōu)異特性，在增強(qiáng)光與物質(zhì)相互作用、提升傳感靈敏度方面表現(xiàn)出色。然而，盡管fris在技術(shù)上取得了顯著進(jìn)步，但其傳統(tǒng)的解調(diào)方法，如基于時(shí)域脈沖衰蕩擬合或連續(xù)隨機(jī)信號(hào)相關(guān)解調(diào)的技術(shù)方案，仍面臨諸多挑戰(zhàn)。這些方法在實(shí)際應(yīng)用中易受光源波動(dòng)影響，導(dǎo)致解調(diào)結(jié)果不穩(wěn)定；同時(shí)，解調(diào)過程耗時(shí)較長(zhǎng)，難以滿足實(shí)時(shí)性要求；此外，其抗干擾能力有限，難以在復(fù)雜多變的環(huán)境條件下保持高性能運(yùn)行。這些問題嚴(yán)重制約了fris在更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展。

2、為突破上述技術(shù)瓶頸，射頻輔助傳感技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)巧妙地融合了光纖光學(xué)與射頻光子學(xué)的雙重優(yōu)勢(shì)，通過將光波所承載的外部參量變化信息轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào)進(jìn)行處理，為光纖傳感領(lǐng)域開辟了新的技術(shù)路徑。射頻輔助光纖傳感技術(shù)通過將射頻信號(hào)高效調(diào)制至光載波之上，利用光纖的低損耗、高帶寬特性進(jìn)行遠(yuǎn)距離、高保真度的信號(hào)傳輸；隨后，通過光電轉(zhuǎn)換技術(shù)將光信號(hào)精確還原為射頻信號(hào)進(jìn)行后續(xù)處理與分析，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境參數(shù)的快速、準(zhǔn)確測(cè)量。將該射頻輔助傳感技術(shù)與fris相結(jié)合，不僅可以顯著提升傳感系統(tǒng)的解調(diào)速度與處理效率，還極大地增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力與穩(wěn)定性，為復(fù)雜環(huán)境下的高精度測(cè)量提供了有力保障。

3、在該射頻輔助fris中幅度解調(diào)與相位解調(diào)方法各具優(yōu)勢(shì)，其中幅度解調(diào)方法具有操作簡(jiǎn)便、響應(yīng)迅速等優(yōu)點(diǎn)。然而其解調(diào)精度易受光源功率波動(dòng)、電學(xué)鏈路噪聲等干擾因素影響導(dǎo)致尋峰難度增加且解調(diào)誤差較大，此外其解調(diào)靈敏度與頻率分辨率緊密相關(guān)，對(duì)系統(tǒng)性能要求較高。而相位解調(diào)方法則基于相位譜的細(xì)微變化通過相位移放大技術(shù)提升損耗傳感靈敏度，能夠從獨(dú)特的相位視角捕捉到常規(guī)幅度譜中難以察覺的微弱信息進(jìn)一步挖掘fris的傳感潛力。盡管相位解調(diào)在設(shè)備性能有限的情況下仍能提供較高的解調(diào)靈敏度且特別適用于射頻輔助光纖傳感系統(tǒng)，但其解調(diào)過程相對(duì)復(fù)雜。此外，在fris的解調(diào)中多參量間的串?dāng)_也是限制其在復(fù)雜場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)多功能監(jiān)測(cè)的重要因素。因此，亟需一種基于射頻輔助fris的頻率響應(yīng)實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)、高靈敏度、高精度的多參量無串?dāng)_解調(diào)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：針對(duì)以上問題，本發(fā)明目的是提供一種基于光纖環(huán)干涉?zhèn)鞲衅鞯碾p參量幅相融合解調(diào)方法，不僅可以單獨(dú)基于幅度譜或相位譜實(shí)現(xiàn)射頻輔助fris對(duì)溫度和損耗的無串?dāng)_測(cè)量，還可將二者相融合以提高解調(diào)性能。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明的一種基于光纖環(huán)干涉?zhèn)鞲衅鞯碾p參量幅相融合解調(diào)方法，包括：

3、通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀生成隨時(shí)間啁啾變化的掃頻射頻信號(hào)，掃頻射頻信號(hào)經(jīng)過電放大器進(jìn)行功率放大后注入到電光調(diào)制器中，并調(diào)制加載在寬帶光源輸出的連續(xù)非相干光上，使光載波在強(qiáng)度上承載隨時(shí)間變化的射頻信號(hào)；

4、被射頻調(diào)制的光載波在光纖耦合器的作用下部分交叉耦合進(jìn)入光纖環(huán)干涉?zhèn)鞲衅髦校Ｓ嗖糠謩t直接自耦合輸出；光纖環(huán)干涉?zhèn)鞲衅靼〒p耗傳感光纖和溫度傳感光纖；

5、光載波在光纖環(huán)干涉?zhèn)鞲衅鲀?nèi)循環(huán)傳播，并在每次經(jīng)過光纖耦合器時(shí)部分光波被交叉耦合至環(huán)外，與首次自耦合輸出的光載波疊加；

6、在光纖環(huán)干涉?zhèn)鞲衅髦校ㄟ^對(duì)溫度傳感光纖施加溫度變化，或?qū)p耗傳感光纖施加損耗變化，使得在光纖環(huán)干涉?zhèn)鞲衅鲀?nèi)循環(huán)傳播的光載波產(chǎn)生固定的光程差和時(shí)延差；

7、疊加后的光載波被光電探測(cè)器接收并轉(zhuǎn)換為攜帶待測(cè)參量信息的射頻電信號(hào)，在電學(xué)頻率域內(nèi)發(fā)生干涉，通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀獲取光纖環(huán)干涉?zhèn)鞲衅鞯念l率響應(yīng)，基于幅度譜和相移譜融合實(shí)現(xiàn)溫度和損耗的雙參量解調(diào)。

8、進(jìn)一步地，基于幅度譜和相移譜融合實(shí)現(xiàn)溫度和損耗的雙參量解調(diào)包括：

9、獲取幅度譜中干涉峰或干涉谷對(duì)應(yīng)的頻率，根據(jù)頻率計(jì)算得到第一溫度，利用第一溫度確定解調(diào)溫度的整數(shù)位；獲取相移譜的零相移點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率，根據(jù)頻率計(jì)算得到第二溫度，利用第二溫度確定解調(diào)溫度的小數(shù)位。

10、進(jìn)一步地，基于幅度譜和相移譜融合實(shí)現(xiàn)溫度和損耗的雙參量解調(diào)還包括：

11、至少選取包含三個(gè)周期的幅度譜，提取譜線的極大值和極小值，計(jì)算得到干涉條紋對(duì)比度平均值，根據(jù)條紋對(duì)比度平均值確定解調(diào)損耗的百分位；

12、獲取0～50mhz范圍內(nèi)的相移譜，根據(jù)相移譜的相移量進(jìn)行損耗的解調(diào)，根據(jù)解調(diào)結(jié)果確定解調(diào)損耗的千分位。

13、進(jìn)一步地，寬帶光源的輸出波長(zhǎng)為1530nm～1565nm的寬譜光。

14、有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是：

15、1、本發(fā)明利用頻率響應(yīng)中的干涉幅度譜頻率漂移、條紋對(duì)比度變化，以及相移譜的頻率漂移、相移量變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度和損耗的雙參量無串?dāng)_解調(diào)；

16、2、本發(fā)明將fris頻率響應(yīng)的幅度與相位信息相融合，兼具幅度解調(diào)的快速響應(yīng)以及相位解調(diào)的高靈敏度、高精度的優(yōu)點(diǎn)；

17、3、本發(fā)明極大提高了對(duì)頻率響應(yīng)的信息利用率，從幅度和相位兩個(gè)維度相互補(bǔ)償和修正提高了解調(diào)結(jié)果的準(zhǔn)確度。

技術(shù)特征：

1.一種基于光纖環(huán)干涉?zhèn)鞲衅鞯碾p參量幅相融合解調(diào)方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖環(huán)干涉?zhèn)鞲衅鞯碾p參量幅相融合解調(diào)方法，其特征在于，基于幅度譜和相移譜融合實(shí)現(xiàn)溫度和損耗的雙參量解調(diào)包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于光纖環(huán)干涉?zhèn)鞲衅鞯碾p參量幅相融合解調(diào)方法，其特征在于，基于幅度譜和相移譜融合實(shí)現(xiàn)溫度和損耗的雙參量解調(diào)還包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖環(huán)干涉?zhèn)鞲衅鞯碾p參量幅相融合解調(diào)方法，其特征在于，寬帶光源的輸出波長(zhǎng)為1530nm～1565nm的寬譜光。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于光纖環(huán)干涉?zhèn)鞲衅鞯碾p參量幅相融合解調(diào)方法，采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀獲取系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，利用頻率響應(yīng)的干涉幅度譜的頻率漂移和條紋對(duì)比度、以及不同調(diào)制頻率下相位譜變化，從而基于幅度譜和相位譜兩種信息相結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度和損耗的雙參量無串?dāng)_幅相融合解調(diào)。本發(fā)明利用幅相融合解調(diào)方法兼具幅度譜解調(diào)的快速響應(yīng)以及相位解調(diào)的高靈敏度和抗光源功率波動(dòng)的特點(diǎn)，針對(duì)不同使用場(chǎng)景可以靈活調(diào)節(jié)解調(diào)模式，同時(shí)還可基于相位解調(diào)結(jié)果對(duì)幅度解調(diào)結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償和修正；利用了頻率響應(yīng)信息，不僅可以單獨(dú)基于幅度譜或相位譜實(shí)現(xiàn)射頻輔助FRIS對(duì)溫度和損耗的無串?dāng)_測(cè)量，還可將二者相融合以提高解調(diào)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：蔡鵬,徐田田,魏航安,李治郅,鄒衍華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：無錫學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6