[发明专利]一种基于游标效应的光谱解调方法及其解调装置

说明书

本发明公开了一种基于游标效应的光谱解调方法及其解调装置，该解调方法包括如下步骤：测量级联结构的游标效应光谱，对光谱进行快速傅里叶变换，得到的频谱具有3簇频率成分，选取其中频率值最小的空间频率成分，通过高斯滤波器提取出这一空间频率，对提取出的空间频率进行快速傅里叶反变换即可得到级联游标光谱的包络。通过级联参考In‑line MZI形成游标效应并提取出游标光谱的包络，相同条件下，级联游标光谱包络的漂移量约为传感In‑line MZI光谱漂移量的倍，从而实现了灵敏度的放大。

技术领域

本发明属于光纤传感领域，具体的，涉及一种基于游标效应的光谱解调方法及其解调装置。

背景技术

相比于传统电学传感技术，光纤传感技术具有体积小、质量轻、灵敏度高、抗电磁干扰、适合恶劣环境下工作、易于复用组网等优点，光纤传感技术目前已经广泛的应用于人们生产生活的各个领域。在各种类型的光纤传感器中光纤在线马赫泽德干涉(In-lineMach-Zehnder Interferometer，In-line MZI)型传感器是人们研究的一个重点，与传统的马赫泽德干涉仪相比，In-line MZI是一种全光纤结构，结构更加紧凑，具有灵敏度高、稳定性好、成本低廉等优点。

In-line MZI的干涉光谱通常由纤芯模和包层模之间的相互干涉产生，并且会有多个模式参与干涉，考虑到纤芯模和包层模之间模式有效折射率差较小，且包层模具有很大的损耗，因此，In-line MZI的干涉光谱通常具有较大的FSR且干涉光谱为多模干涉，干涉光谱呈现出典型的非周期性现象，大FSR和多模干涉为In-line MZI干涉谱的主要特征。

游标效应最早应用于游标卡尺和气压计中，用来提高测量的精确性，最近基于类似原理的光学游标效应被应用于干涉型光纤传感器中用来实现光谱漂移的放大。与游标卡尺类似，传统的游标效应要求两干涉仪具有严格的周期性正余弦干涉谱，且两干涉谱干涉条纹之间的间隔要近似相等。传统游标效应的解调方法主要是基于包络拟合的光谱解调，采用曲线拟合的方法获取级联游标光谱的包络，通过测量包络的漂移可以实现灵敏度的放大，放大系数最大可以达到一个数量级。

鉴于上文所述的In-line MZI的光谱特征，两个In-line MZI串联后，其级联光谱十分杂乱，无法观察到明显的包络特征，不能通过传统的包络拟合的方法实现解调，因此目前还没有游标效应应用于In-line MZI实现灵敏度放大的相关报道。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于游标效应的光谱解调方法及其解调装置，旨在解决现有的光谱拟合技术获得级联光纤干涉仪的级联光谱包络精度低的技术问题。

本发明提供的一种基于游标效应的光谱解调方法，级联游标光谱为由两个串联的光纤干涉仪在入射宽谱激光后输出，其中一个光纤干涉仪采集外界被测信号；该方法包括如下步骤：

对级联游标光谱进行光谱频谱转换获得空间频率频谱；

提取空间频率频谱中频率值最小的一簇频率中主频率获得级联游标光谱包络所对应的频率成分；其中，主频率为空间频率频谱中频率值最小的一簇频率中幅值最大的频率；

对级联游标光谱包络所对应的频率成分进行频谱光谱转换级联游标光谱包络；

提取级联游标光谱包络的峰值波长或者谷值波长的漂移，通过光谱的漂移量可以得到外界参量的变化量。

优选地，光纤干涉仪为光纤在线马赫泽德干涉仪或双光束干涉仪。

优选地，提取空间频率频谱中频率值最小的一簇频率中幅值最大的频率通过一阶高斯滤波器提取，一阶高斯滤波器的中心频率同主频率相同。

优选地，光谱频谱转换为傅里叶变换或者快速傅里叶变换，频谱光谱转换为逆傅里叶变换或者逆快速傅里叶变换。

作为本发明的另一方面，本发明提供一种基于游标效应的解调装置，包括：