[发明专利]基于频谱非线性效应色散补偿的低相干干涉解调方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，尤其是涉及一种基于频谱非线性效应色散补偿的低相干干涉解调方法。

背景技术

低相干干涉技术是一种有效的测距方法，具体方法是通过适当的解调方法对低相干干涉信号进行解调，可以得到很好的测量结果。其中，基于强度信息的峰值确定方法是通过确定干涉条纹图样的位移直接进行解调。基于相位信息的解调方法是根据相位位移信息进行解调，在准确判定干涉级次的前提下，基于相位信息的解调方法可以得到很高的解调精度。基于相位信息的解调方法主要包括相移法和空间频率法。

基于强度信息的峰值确定方法和相移法的解调结果好坏，依赖于干涉系统的色散程度，由于低相干干涉系统使用宽带光源，因此色散因素不可能完全消除。当系统色散影响严重时，会出现干涉级次误判，产生阶跃性错误，造成严重的测量误差。相对于上述两种方法，空间频率法对于系统中的深度无关色散因素不敏感，深度无关色散对空间频率法的解调精度影响不大。但当系统中存在深度相关色散因素的光学元件（例如，双折射光楔）时，由于色散的影响，会产生频谱非线性效应，使空间频率法解调结果产生严重误差。因此，对于包含深度相关色散因素的低相干干涉系统，空间频率法受到深度相关色散的影响，如果不能对深度相关色散产生的频谱非线性效应进行补偿，当超过一定的测量范围后，解调结果会产生阶跃误差，限制该方法的测量范围。

发明内容

针对上述现有问题，本发明提供一种基于频谱非线性效应色散补偿的低相干干涉解调方法，利用低相干干涉系统中深度相关色散特性，对频谱的非线性效应进行补偿，保证空间频率法的解调精度。本发明不但适用于光纤传感领域，也适用于三维形貌检测以及光学层析技术等距离测量领域。

本发明提出的一种基于频谱非线性效应色散补偿的低相干干涉解调方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一、对采集得到数字干涉信号进行离散Fourier变换，得到离散频率域下的幅度谱和相位谱；

步骤二、设定阈值H；将幅度谱中除去低频部分且幅值大于H的区间作为选取的离散频率段，并根据低相干干涉系统深度相关色散特性，计算离散频率段内各点所对应的波数，将相位谱从离散频率域转换到波数域，实现频谱的非线性效应色散补偿；即：

选取的离散频率段[l_s,l_e]中，计算得到光源光谱分布的波数段，序列号u对应的实际波数k_u的计算方法为:

ku=f(u)=[β2+8απu/(NΔd)-β]/2α]]>

其中，N为干涉信号的采样点数，Δd为干涉信号离散点的采样间隔，α是光源光谱范围深度相关色散引起的折射率变化率，β是折射率截距；

步骤三、在上述波数段内选取幅度谱中幅值最大点对应的波数作为特定波数，对选取的特定波数k_l，在选取的波数段内进行相位展开：

其中，floor()函数返回小于或等于括号中数值的最大整数，Φ(k_p)为波数k_p对应的相对相位值，为波数k_p对应的展开相位值；

计算特定波数k_l的干涉级次m

m＝int(C/2π)

其中，int()函数返回括号中数值最接近的整数值，C为在波数段内对进行线性拟合后得到的截距值；

根据特定波数k_l的相对相位值和干涉级次，重构特定波数的绝对相位

特定波数的绝对相位直接反映距离信息。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：