CN111811561A - 一种光纤传感器解调装置本底噪声的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光纤传感器解调装置本底噪声的测量方法，具体步骤为，光纤传感器解调装置在一个采样周期内，以T0时间间隔对同一个物理光纤传感器连续多次采样，相邻两个测量结果做相减处理，得到数据A，数据A就是光纤传感器解调装置本底噪声的近似表征；再对数据A进行频谱分析，就可以得到光纤传感器解调装置的本底噪声的数值表示；连续重复上一步骤，获得多组本底噪声，对这些多组本底噪声做相应的统计学处理，结果即可作为光纤传感器解调装置的本底噪声。这一测量方法，测量的本底噪声测量精度极高，误差小，大大降低了光纤传感器解调装置本底噪声测量的成本、比缩短了测量时间、增大了在精密行业的选择特定光纤传感器解调装置的准确度。
Description
技术领域
本发明属于计量测试领域，特别涉及一种光纤传感器解调装置本底噪声的测量方法。
背景技术
光纤传感器是一种将被测对象的状态转变为可测光信号的传感器，一般的工作原理是将光源入射的光束经由光纤送入传感器，外界被测参数作用在传感器上，导致其内通过的光的光学性质如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等发生变化，成为承载被测参数信息的光信号；再经过光纤送入光电器件、经光纤传感器解调装置解调后获得被测参数。
光纤传感器解调装置的噪声来源于装置自身电子装置的噪声、光源的噪声、传感器的噪声、外界的噪声、解调算法带来的噪声，这些噪声很难杜绝，而且混合在一起，很难区分，导致光纤传感器解调装置的本底噪声不容易测量(而电学传感器解调系统的本底噪声测量相对容易，因为可以比较容易地模拟一个0电平的输入工况，从而输出就可以认为是电学传感器解调装置的本底噪声)。
由于光纤传感器解调装置的本底噪声测量时，很难为光纤传感器提供零输入信号的测试环境，这对一些精密测量企业在使用光纤传感器解调装置时，不能获得准确的本底噪声，来进一步获得测量误差产生了极坏的影响。
发明内容
为了解决上述对光纤传感器解调装置在进行测量本底噪声时，提供零输入的测量环境非常困难的技术难题，为了能够尽可能地测量准确的本底噪声，本发明提供了一种光纤传感器解调装置本底噪声的测量方法；选取任一光纤传感器进行解调装置本底噪声的测量，具体步骤为：
S1，光纤传感器解调装置对光纤传感器按照预先设计的采样率采样、解调；正常工作模式下，一个采样周期内，解调装置会对其所带的所有光纤传感器分别采样一次；而本底噪声测试模式下，在一个采样周期内，通过解调装置对某一个或多个光纤传感器进行不小于2次采样，并分别完成后续解调，获得解调结果；
S2，对S1中获得的多个解调结果，依据时间顺序，选择相邻的两次解调结果做相减处理，获得数据A，这个数据A就是光纤传感器解调装置的本底噪声与这个传感器在一个采样周期内两次采样间隔时间T0内的感应信号的和；设定间隔时间T0在一定时间内，数据A即为光纤传感器解调装置本底噪声的近似表征；再对数据A进行频谱分析，得到光纤传感器解调装置的本底噪声。
作为改进，一个采样周期内两次采样之间的间隔时间T0设置为小于100ns，优选为1ns～10ns。
作为改进，S1中，采样、解调数据时，设置总时长不小于10s。
作为改进，S1中，一个采样周期内对某个指定传感器连续采样时，采样n次，依次记为A1、A2……An，则视同n个物理传感器解调，获得虚拟的n个传感器的解调结果对应记为d1、d2……dn，n为正整数。
作为改进，S2中，将前后相邻的解调结果依次相减，得到d2减d1、……、dn减d(n-1)，共计n-1组数据A，对这n-1组的本底噪声进行平均值处理，作为本次测量的本底噪声。
作为改进，按照S1-S2步骤，得到多次测量光纤传感器解调装置的本底噪声，剔除方差大的样本，取方差相对集中的样本做平均值处理，作为光纤传感器解调装置的本底噪声。
有益效果：本发明提供的光纤传感器解调装置本底噪声的测量方法，是基于在很短时间间隔(T0)内对同一个物理传感器做两次(或更多)测量，这两次测试结果视同两个物理传感器的测量结果对待；对这两个测量结果做相减处理，得到的就是光纤传感器解调装置的本底噪声；在时间间隔足够小，比如小于100ns，优选地小于等于10ns，再结合相关的统计学处理，采用本发明的测量方法，测量的本底噪声测量精度极高，误差小，大大降低了光纤传感器解调装置本底噪声测量的成本，并大幅缩短了测量时间。并且，这个本底噪声测量方法发明，同样适用于电学传感器解调装置本底噪声的测量。
附图说明
图1为本发明实施例1中同一个物理光纤传感器，一个采样周期内间隔10ns，采样16次，即将一个物理光纤传感器，虚拟为16个光纤传感器；其中第5个和第6个的测量数据信息截图。
图2为本发明实施例1中第5个和第6个测量数据信息相减叠加后的数据截图(呈现经典白噪声图形)。
图3为本发明实施例1中不同频率下的本底噪声数据截图。
具体实施方式
本发明的测量方法是基于本底噪声是和频率相关的表征参数，比如，对于相位型光纤传感器解调系统，本底噪声单位是：
现在以上述测量方法的一实施例进行进一步的说明。
一种光纤传感器解调装置本底噪声的测量方法，选取任一光纤传感器进行解调装置本底噪声的测量，具体步骤为：
S1，光纤传感器解调装置对光纤传感器按照系统设计的采样率采样、解调；正常工作模式下，一个采样周期内，解调装置会对装置所带的所有光纤传感器分别采样一次。为了测试光纤传感器解调装置自身的本底噪声，需要在一个采样周期内，对某一个或多个光纤传感器多次(大于等于2次)采样，并分别完成后续解调；相当于对同一个物理传感器做了多次采样、解调(视同多个传感器处理)；
S2，对S1中选定的一个采样周期内多次采样处理的传感器的多个解调结果，将这多个解调结果，依据时间顺序，选择相邻的两次解调结果做相减处理，获得数据A，这个数据A就是光纤传感器解调装置的本底噪声与这个传感器在一个采样周期内两次采样间隔时间(T0)内的感应信号的和；只要这个T0足够小，传感器在T0时间内感应信号也就足够小，可以认可忽略不计，此时数据A就是光纤传感器解调装置本底噪声的近似表征；再对数据A进行频谱分析，就可以得到光纤传感器解调装置的本底噪声。
一个采样周期内两次采样之间的间隔时间(T0)足够小，一般要求小于100ns，推荐10ns，条件允许可以1ns，优选的范围是1ns～10ns。
S1中，采样、解调数据尽可能多，一般要求采样、解调时长不小于10s，低于100s，优选地10s-35s。
S1中，一个采样周期内对某个指定传感器尽可能多地连续采样，比如采样n次，A1、A2……An，则视同n个物理传感器解调；将这虚拟的n个传感器的解调结果d1、d2……dn，前后相邻的结果依次相减，得到d2减d1、……、dn减d(n-1)，共计n-1组数据A(如S2所述)，可以对这n-1组的本底噪声进行平均值处理，作为本次测量的本底噪声，其中n为正整数。
步骤A1-S2，多次测量光纤传感器解调装置的本底噪声，获得结果后，剔除方差大的样本，取方差相对集中的样本做平均值处理，作为光纤传感器解调装置的本底噪声。
下面对本发明附图结合实施例作出进一步说明。
实施例1
选择某个相位解调型光纤传感器解调装置，选择一个相应的光纤加速度传感器，以200kHz的采样率(每5us对这个传感器采样一次)调制、解调、降采样；
正常情况下，解调结果是一个光纤加速度传感器感应的信号；
而在本发明下，在一个采样周期(5us)内，对这一个物理光纤加速度传感器，间隔10ns，连续采样16次，再分别经过解调；一次测试，持续时间10s；从而得到了这同一个光纤加速度传感器的16个解调结果；
任意抽取相邻的两个解调结果，现选取第5个和第6个解调结果作为测量样本见图1，可以看出两个解调结果数据接近于完全相同，然后进行数据相减获得数据见图2，针对图2进行频谱分析，获得图3的数据。
选取100Hz和1000Hz频率下的本底噪声(可以取一个区间的统计平均值)关注，例如100Hz下本底噪声为-98.61dB、1000Hz下本底噪声为-98.62dB。按照上述的方式，多次测量，结果都和接近。
为了更具有代表性，可以将多次测量的本底噪声，进行删除最大值，最小值，其他数值进行取平均值处理，最终获得数据记为这个频率下的光纤传感器解调装置的本底噪声。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种光纤传感器解调装置本底噪声的测量方法，其特征在于：选取任一光纤传感器进行解调装置本底噪声的测量，具体步骤为：
S1，光纤传感器解调装置对光纤传感器按照预先设计的采样率采样、解调；正常工作模式下，一个采样周期内，解调装置会对其所带的所有光纤传感器分别采样一次；而本底噪声测试模式下，在一个采样周期内，通过解调装置对某一个或多个光纤传感器进行不小于2次采样，并分别完成后续解调，获得解调结果；
S2，对S1中获得的多个解调结果，依据时间顺序，选择相邻的两次解调结果做相减处理，获得数据A，这个数据A就是光纤传感器解调装置的本底噪声与这个传感器在一个采样周期内两次采样间隔时间T0内的感应信号的和；设定间隔时间T0在一定时间内，数据A即为光纤传感器解调装置本底噪声的近似表征；再对数据A进行频谱分析，得到光纤传感器解调装置的本底噪声。
2.根据权利要求1所述光纤传感器解调装置本底噪声的测量方法，其特征在于：一个采样周期内两次采样之间的间隔时间T0设置为小于100ns，优选为1ns～10ns。
3.根据权利要求1或2所述光纤传感器解调装置本底噪声的测量方法，其特征在于：S1中，采样、解调数据时，设置总时长不小于10s。
4.根据权利要求3所述光纤传感器解调装置本底噪声的测量方法，其特征在于：S1中，一个采样周期内对某个指定传感器连续采样时，采样n次，依次记为A1、A2……An，则视同n个物理传感器解调，获得虚拟的n个传感器的解调结果对应记为d1、d2……dn，n为正整数。
5.根据权利要求4所述光纤传感器解调装置本底噪声的测量方法，其特征在于：S2中，将前后相邻的解调结果依次相减，得到d2减d1、……、dn减d(n-1)，共计n-1组数据A，对这n-1组的本底噪声进行平均值处理，作为本次测量的本底噪声。
6.根据权利要求1所述光纤传感器解调装置本底噪声的测量方法，其特征在于：按照S1-S2步骤，得到多次测量光纤传感器解调装置的本底噪声，剔除方差大的样本，取方差相对集中的样本做平均值处理，作为光纤传感器解调装置的本底噪声。
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