CN111982189A - 基于光子探测技术同时实现温度与应变的高精度传感方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于光子探测技术同时实现温度与应变的高精度传感方法，本发明包括传感系统，所述传感系统包括脉冲光源、环形器、光纤光栅传感器阵列、衰减器、滤波器、第一单光子探测器、第二单光子探测器、时间数字转换器和信号处理系统，将光纤光栅应变传感系统和拉曼温度传感系统进行融合，利用单光子探测器提高传感系统的灵敏度，并结合分布式拉曼温度传感器只能测量温度的特点，来有效解决准分布式光纤光栅传感器进行应变测量时出现的应变/温度交叉敏感问题，从而提高准分布式光纤光栅应变传感器的探测精度。

Description

基于光子探测技术同时实现温度与应变的高精度传感方法

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于光子探测技术同时实现温度与应变的高精度传感方法，用于解决光纤光栅传感器进行应变测量时出现的温度/应变传感交叉敏感问题。

背景技术

准分布式光纤光栅传感器可以对应变、温度、应力、压强、折射率等物理因素进行探测，具有抗电磁干扰能力强、电绝缘性好、耐腐蚀、灵敏度高、传输容量大等优点，已广泛应用于桥梁检测、火灾预警、输油管道检测、建筑物安全监测等领域；但同时应注意，光纤光栅对温度和应变都非常敏感，它的中心波长会随外界温度和应变的变化而漂移，在进行应变传感时，会造成温度/应变传感交叉敏感问题，降低探测精度，因此如何消除或减弱温度对其产生的影响尤为重要。

基于拉曼散射的分布式拉曼光纤温度传感器只能对温度进行测量，对其他参量不敏感，而且稳定性好、测温范围广、灵敏度高，具有非常好的应用前景；若将准分布式光纤光栅传感器和分布式拉曼温度传感器结合起来，利用拉曼光纤温度传感器只能进行温度测量的局限性，来解决光纤光栅传感器进行应变测量时出现的温度/应变传感交叉敏感问题，就能有效提高光纤光栅传感器的测量精度。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种基于光子探测技术同时实现温度与应变的高精度传感方法，将准分布式光纤光栅传感器和分布式拉曼光纤温度传感器进行结合，形成新的传感系统，新的传感系统可以解决光纤光栅传感器进行应变测量时出现的温度/应变交叉敏感问题。

本发明采用的技术方案如下：一种基于光子探测技术同时实现温度与应变的高精度传感方法，包括传感系统，所述传感系统包括脉冲光源、环形器、光纤光栅传感器阵列、衰减器、滤波器、单光子探测器、时间数字转换器、信号处理系统；所述脉冲光源与环形器的一端口相连，环形器的二端口与所述传感光纤和光纤光栅传感器阵列相连，环形器三端口与衰减器相连，衰减器与滤波器com端相连，滤波器的两个输出端口分别与第一单光子探测器、第二单光子探测器两个输入端口相连，第一单光子探测器、第二单光子探测器相应的两个输出端口与时间数字转换器相连，时间数字转换器与信号处理系统连接。

具体如下步骤：

S1、脉冲光源输出具有特定脉宽和峰值功率的脉冲光；

S2、脉冲光产生的拉曼反斯托克斯光经环形器进入传感光纤和光纤光栅传感器阵列，对外界温度和应变信息进行探测；

S3、拉曼反斯托克斯光及光纤光栅传感器的反射光经环形器的二端口、三端口进入衰减器，衰减后的光进入滤波器，滤波器将反斯托克斯光和光栅反射光分成两路，并分别送入第一单光子探测器、第二单光子探测器的两个端口进行探测，传感光纤不同位置以及各处的光纤光栅反射回来的光具有不同能量和传播时间，其被第一、第二单光子探测器探测后将在时间数字转换器上得到随时间变化的光子计数值；

S4、利用符合计数装置对第一、第二单光子探测器的输出进行符合计数，通过分析符合计数值的大小，可以得到相应的光栅反射光波长的变化和拉曼反斯托克斯光强的变化，进一步得到各点物理信息的变化；电信号的输出时刻在时间数字转换器和信号处理系统上可以恢复为光纤光栅的空间位置，实现高精度信息定位。

本发明的工作原理为：本发明脉冲光源产生的脉冲光，经环形器进入传感光纤，进入光纤光栅传感器阵列，从光纤光栅传感器阵列反射回来的传感信号和拉曼后向散射光经滤波器分成两路(光纤光栅反射光、拉曼反斯托克斯光)，分别送入单光子探测器的两个端口进行探测，然后送入时间数字转换器进行符合计数，信号处理系统会显示拉曼后向散射光和光纤光栅反射光的传输时间和计数值，根据传输时间可以得到光栅在传感光纤的位置，利用拉曼反斯托克斯光计数值可以计算出传感光纤各位置的温度值(包括光栅所处传感光纤处的温度值)，再根据光栅温度传感特性得到温度引起的中心波长漂移量，利用光纤光栅反射光光子数可以得到光纤光栅中心波长总的漂移量，漂移量减去温度引起的波长漂移量就是由应变引起的光栅中心波长漂移量，进一步得到外界物理信息的变化率，消除温度/应变交叉敏感问题，提高传感系统的精度。

可选的，步骤S2所述脉冲光产生的拉曼反斯托克斯光的光强大小随外界温度的大小而变化，光栅反射光中心波长漂移量的大小随外界温度和应变的大小而变化，从而实现传感；

所述的光纤光栅的反射光谱为高斯函数型，其可以表示为：

R_G(λ)＝R_maxexp(-4ln(2)(λ-λ_B)²/Δω²) (1)

式(1)中，R_max是峰值反射率，λ_B是光纤光栅的峰值波长，λ为入射光波长，Δω是高斯光谱的3dB带宽，反射光谱由反射波长λ_B决定，当测量区域物理信息发生变化时，光纤光栅的反射光波长λ_B发生改变，对应系统光源波长的反射率发生改变。

可选的，步骤S3所述拉曼反斯托克斯光经光纤光栅传感器反射后，反射光到达第一、第二单光子探测器的能量E(λ)表达为：

式(2)中，P₀为激光器的峰值功率，α为光纤损耗，η为单光子探测器的探测效率，t_b为测量时间，f_r为入射脉冲的重复率，C₁为常数。

可选的，步骤S4所述信号处理系统对符合计数值进行处理，其坐标横轴为光子的传输时间，纵轴为光子的符合计数值；

光栅反射光子数在时间数字转换器的符合计数值N_r表示为：

式(3)中，h为普朗克常量，c为光在真空中的传播速度，λ_B为反射光波长，n为光纤折射率，C₂为常数；联立公式(2)、(3)，得到反射光子数N_r与反射光波长关系为：

N_r＝C₂R_G(λ_B)λ_B (4)

将式(1)代入公式(4)中，在注入到光纤的光波长及测量时间保持不变的情况下，反射光光子数N_r与光纤光栅传感器的中心波长λ_B唯一相关，即：

当测量区域物理信息发生变化时，反射光的λ_B发生改变，反射光光子数N_r发生变化；根据时间数字转换器对反射光子的计数值可以计算出光纤光栅传感器的中心波长λ_B的漂移大小Δλ_B1，进而解调出测量区域应变和温度的变化大小；

假设光纤光栅在光纤上的位置为X，第i个光纤光栅的反射光到达单光子探测器的时间为：

则第i个光纤光栅传感器的位置为：

拉曼后向散射反斯托克斯光子在时间数字转换器的符合计数值表示为：

N_as＝ηΔυ_asP₀L|g_R，as|NQ(Ω_asp)D_c+B_as (8)

式(8)中，N_as表示每秒内散射的光子数，B_as表示由暗计数和瑞利背向散射放大的自发辐射的背景光子数；η表示单光子探测器的探测效率，Δυ_as表示系统中应用于反斯托克斯通道的滤波器的带宽，P₀表示激光器的峰值功率，L为传感光纤长度，g_R,as为拉曼增益系数，D_c为激光器信号的占空比，Ω_asp＝Ω_as-Ω_p为激光器的光波长与反斯托克斯波长的径向频率失谐，Q为声子数，可以表示为：

反斯托克斯光子计数率为：

式(10)中，x表示被测光纤的位置，C为常数，将被测光纤的一部分放置在已知温度的环境中，利用公式(10)，可以解调出常数C的值；通过测量被测光纤中的拉曼散射，利用公式(10)，就可以计算出被测光纤所处的温度环境；

则被测光纤x处的温度为：

同样，被测光纤x处拉曼反斯托克斯光到达单光子探测器的时间为：

则被测光纤点的位置为：

可选的，当X＝x时，光栅所处位置与被测光纤点位置重合，利用解调出的环境温度计算出由温度引起的光栅波长的漂移量，再结合光栅波长的总漂移量，计算出由外界应变引起的波长漂移量，进而解调出测量区域的物理信息变化大小；

则温度引起的光栅波长漂移量Δλ_B2为：

式(14)中，α和β分别表示光纤的热膨胀系数和热光系数；

由此得到由应变引起的波长漂移为：

Δλ_B＝Δλ_B1-Δλ_B2 (15)

进而得到外界物理信息改变引起的应变Δε为：

式(16)中，P_e为有效弹光系数。

可选的，所述光纤光栅传感器阵列中各光纤光栅传感器为高斯型变迹光栅，其中心波长相同，且与脉冲光源中心波长相匹配。

可选的，所述的单光子探测器采用基于雪崩光电二极管或者超导波导器件，具有暗计数低、灵敏度高等优点，可以提高系统的测量灵敏度；所述的时间-数字转换器采用基于单片机、可编程逻辑器件、数字信号处理芯片、嵌入式芯片和专用的延时取与器件中的一种或多种器件实现，可以提高系统的信息定位精度。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明利用准分布式光纤光栅传感器和分布式拉曼光纤传感器结合的方法，利用拉曼光纤温度传感器只能进行温度测量的局限性，解决光纤光栅传感器进行应变测量时出现的温度/应变传感交叉敏感问题，可以有效提高光纤光栅传感器的测量精准度；

本发明采用光子计数技术，即用单光子探测器代替传统的光电转换器件，用时间数字转换器代替数据采集卡，这样可以高效接收到散射和反射光子，提高传感系统的灵敏度和定位精度；

本发明可以在一根光纤上同时进行分布式温度测量和离散点应变测量，再结合单光子计数技术，有效解决光纤光栅应变传感器出现的温度串扰问题，提高准分布式光纤光栅应变传感器的探测精度。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的框架结构示意图；

图中标记为：1-脉冲光源，2-环形器，3-光纤光栅传感器，4-衰减器，5-滤波器，6-第一单光子探测器，7-第二单光子探测器，8-时间数字转换器，9-信号处理系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，一种基于光子探测技术同时实现温度与应变的高精度传感方法，包括传感系统，所述传感系统包括脉冲光源1、环形器2、光纤光栅传感器3阵列、衰减器4、滤波器5、第一单光子探测器6、第二单光子探测器7、时间数字转换器8、信号处理系统9；所述脉冲光源1与环形器2的一端口相连，环形器2的二端口与所述传感光纤和光纤光栅传感器3阵列相连，环形器2三端口与衰减器4相连，衰减器4与滤波器5的com端相连，滤波器5的两个输出端口分别与第一单光子探测器6、第二单光子探测器7两个输入端口相连，第一单光子探测器6、第二单光子探测器7相应的两个输出端口与时间数字转换器8相连，时间数字转换器8与信号处理系统9连接。

所述脉冲光源1输出光脉冲信号，脉冲光经环形器2的一端口、二端口进入传感光纤和光纤光栅传感器3阵列，光纤光栅传感器3阵列的反射光和产生的拉曼后向散射光经环形器2的二端口、三端口进入衰减器4，然后进入滤波器5，将光栅反射光、拉曼反斯托克斯光分别送入单光子探测器端口，经单光子探测器探测后，时间数字转换器8对光纤光栅反射信号和拉曼后向散射信号进行采集，再送入信号处理系统9进行数据处理和结果显示，根据第一单光子探测器6、第二单光子探测器7和时间数字转换器8的测量结果进行计算分析并获得测量区域的温度和应变信息。

脉冲光源1产生的脉冲光，经环形器2进入传感光纤，进入光纤光栅传感器3阵列，从光纤光栅传感器3阵列反射回来的传感信号和拉曼后向散射光经滤波器5分成两路(光纤光栅反射光、拉曼反斯托克斯光)，分别送入第一单光子探测器6、第二单光子探测器7的两个端口进行探测，然后送入时间数字转换器8进行符合计数，信号处理系统9会显示拉曼后向散射光和光纤光栅反射光的传输时间和计数值，根据传输时间可以得到光栅在传感光纤的位置，利用拉曼反斯托克斯光计数值可以计算出传感光纤各位置的温度值(包括光栅所处传感光纤处的温度值)，再根据光栅温度传感特性得到温度引起的中心波长漂移量，利用光纤光栅反射光光子数可以得到光纤光栅中心波长总的漂移量，漂移量减去温度引起的波长漂移量就是由应变引起的光栅中心波长漂移量，进一步得到外界物理信息的变化率，消除温度/应变交叉敏感问题，提高传感系统的精度。

实施例2

在实施例1的基础上，所述一种基于光子探测技术同时实现温度与应变的高精度传感方法的具体步骤如下：

S1：脉冲光源输出具有特定脉宽和峰值功率的脉冲光；

S2：脉冲光经环形器进入传感光纤和光纤光栅传感器阵列，对外界温度和应变信息进行探测，其中，脉冲光产生的拉曼后向散射光(反斯托克斯光)的光强大小随外界温度的大小而变化，光栅反射光中心波长漂移量的大小随外界温度和应变的大小而变化，从而实现传感；

所述的光纤光栅的反射光谱为高斯函数型，其可以表示为：

R_G(λ)＝R_maxexp(-4ln(2)(λ-λ_B)²/Δω²) (1)

其中，R_max是峰值反射率，λ_B是光纤光栅的峰值波长，λ为入射光波长，Δω是高斯光谱的3dB带宽；

S3：拉曼后向散射光及光纤光栅传感器的反射光经环形器的二端口、三端口进入衰减器，衰减后的光进入滤波器，滤波器将反斯托克斯光和光栅反射光分成两路，并分别送入单光子探测器的两个端口进行探测，传感光纤不同位置以及各处的光纤光栅反射回来的光具有不同能量和传播时间，其被单光子探测器探测后将在时间数字转换器上得到随时间变化的光子计数值；

经光纤光栅传感器反射后，反射光到达单光子探测器的能量E(λ)为：

其中，P₀为激光器的峰值功率，α为光纤损耗，η为单光子探测器的探测效率，t_b为测量时间，f_r为入射脉冲的重复率，C₁为常数；

S4：利用符合计数装置对单光子探测器的输出进行符合计数，通过分析符合计数值的大小，可以得到相应光栅反射光波长的变化和拉曼后向散射光光强的变化，进一步得到各点物理信息的变化；电信号的输出时刻在时间数字转换器和信号处理系统上可以恢复为光纤光栅的空间位置，实现高精度信息定位；

信号处理系统对符合计数值进行处理，其坐标横轴为光子的传输时间，纵轴为光子的符合计数值。

A.光栅反射光子数在时间数字转换器的符合计数值N_r表示为：

式(3)中，h为普朗克常量，c为光在真空中的传播速度，λ_B为反射光波长，n为光纤折射率。联立公式(2)、(3)，得到反射光子数N_r与反射光波长关系为：

N_r＝C₂R_G(λ_B)λ_B (4)

公式(4)中，在注入到光纤的光波长及测量时间保持不变的情况下，反射光光子数N_r与光纤光栅传感器的中心波长λ_B唯一相关，即：

当测量区域物理信息发生变化时，反射光的λ_B发生改变，反射光光子数N_r发生变化；

根据时间数字转换器对反射光子的计数值可以计算出光纤光栅传感器的中心波长λ_B的漂移大小Δλ_B1，进而解调出测量区域应变和温度的变化大小；

假设光纤光栅在光纤上的位置为X，第i个光纤光栅的反射光到达单光子探测器的时间为：

则第i个光纤光栅传感器的位置为：

B.拉曼后向散射反斯托克斯光子在时间数字转换器的符合计数值表示为：

N_as＝ηΔυ_asP₀L|g_R，as|NQ(Ω_asp)D_c+B_as (8)

其中，N_as表示每秒内散射的光子数，B_as表示由暗计数和瑞利背向散射放大的自发辐射的背景光子数，η表示单光子探测器的探测效率，Δυ_as表示系统中应用于反斯托克斯通道的滤波器的带宽，P₀表示激光器的峰值功率，L为传感光纤长度，g_R,as为拉曼增益系数，D_c为激光器信号的占空比，Ω_asp＝Ω_as-Ω_p为激光器的光波长与反斯托克斯波长的径向频率失谐，Q为声子数，可以表示为：

反斯托克斯光子计数率为：

其中，x表示被测光纤的位置，C为常数。将被测光纤的一部分放置在已知温度的环境中，利用公式(10)，可以解调出常数C的值。通过测量被测光纤中的拉曼散射，利用公式(10)，就可以计算出被测光纤所处的温度环境；

则被测光纤x处的温度为：

同样，被测光纤x处拉曼反斯托克斯光到达单光子探测器的时间为：

则被测光纤点的位置为：

C.当X＝x时，光栅所处位置与被测光纤点位置重合，利用解调处的环境温度计算出由温度引起的光栅波长的漂移量，再结合光栅波长的总漂移量，计算出由外界应变引起的波长漂移量，进而解调出测量区域的物理信息变化大小；

则温度引起的光栅波长漂移量Δλ_B2为：

其中α和β分别表示光纤的热膨胀系数和热光系数。

由此得到由应变引起的波长漂移为：

Δλ_B＝Δλ_B1-Δλ_B2 (15)

进而得到外界物理信息改变引起的应变Δε为：

其中P_e为有效弹光系数。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.基于光子探测技术同时实现温度与应变的高精度传感方法，包括传感系统，其特征在于，所述传感系统包括脉冲光源、环形器、光纤光栅传感器阵列、衰减器、滤波器、单光子探测器、时间数字转换器、信号处理系统；所述脉冲光源与环形器的一端口相连，环形器的二端口与所述传感光纤和光纤光栅传感器阵列相连，环形器三端口与衰减器相连，衰减器与滤波器com端相连，滤波器的两个输出端口分别与第一单光子探测器、第二单光子探测器两个输入端口相连，第一单光子探测器、第二单光子探测器相应的两个输出端口与时间数字转换器相连，时间数字转换器与信号处理系统连接。

2.根据权利要求1所述的基于光子探测技术同时实现温度与应变的高精度传感方法，其特征在于，如下步骤：

S1、脉冲光源输出具有特定脉宽和峰值功率的脉冲光；

S2、脉冲光产生的拉曼反斯托克斯光经环形器进入传感光纤和光纤光栅传感器阵列，对外界温度和应变信息进行探测；

S3、拉曼反斯托克斯光及光纤光栅传感器的反射光经环形器的二端口、三端口进入衰减器，衰减后的光进入滤波器，滤波器将反斯托克斯光和光栅反射光分成两路，并分别送入第一单光子探测器、第二单光子探测器的两个端口进行探测，传感光纤不同位置以及各处的光纤光栅反射回来的光具有不同能量和传播时间，其被第一、第二单光子探测器探测后将在时间数字转换器上得到随时间变化的光子计数值；

S4、利用符合计数装置对第一、第二单光子探测器的输出进行符合计数，通过分析符合计数值的大小，可以得到相应的光栅反射光波长的变化和拉曼反斯托克斯光强的变化，进一步得到各点物理信息的变化；电信号的输出时刻在时间数字转换器和信号处理系统上可以恢复为光纤光栅的空间位置，实现高精度信息定位。

3.根据权利要求2所述的基于光子探测技术同时实现温度与应变的高精度传感方法，其特征在于，步骤S2所述脉冲光产生的拉曼反斯托克斯光的光强大小随外界温度的大小而变化，光栅反射光中心波长漂移量的大小随外界温度和应变的大小而变化，从而实现传感；

所述的光纤光栅的反射光谱为高斯函数型，其可以表示为：

R_G(λ)＝R_maxexp(-4ln(2)(λ-λ_B)²/Δω²) (1)

式(1)中，R_max是峰值反射率，λ_B是光纤光栅的峰值波长，λ为入射光波长，Δω是高斯光谱的3dB带宽，反射光谱由反射波长λ_B决定，当测量区域物理信息发生变化时，光纤光栅的反射光波长λ_B发生改变，对应系统光源波长的反射率发生改变。

4.根据权利要求2所述的基于光子探测技术同时实现温度与应变的高精度传感方法，其特征在于，步骤S3所述拉曼反斯托克斯光经光纤光栅传感器反射后，反射光到达第一、第二单光子探测器的能量E(λ)表达为：

式(2)中，P₀为激光器的峰值功率，α为光纤损耗，η为单光子探测器的探测效率，t_b为测量时间，f_r为入射脉冲的重复率，C₁为常数。

5.根据权利要求2所述的基于光子探测技术同时实现温度与应变的高精度传感方法，其特征在于，步骤S4所述信号处理系统对符合计数值进行处理，其坐标横轴为光子的传输时间，纵轴为光子的符合计数值；

光栅反射光子数在时间数字转换器的符合计数值N_r表示为：

式(3)中，h为普朗克常量，c为光在真空中的传播速度，λ_B为反射光波长，n为光纤折射率，C₂为常数；联立公式(2)、(3)，得到反射光子数N_r与反射光波长关系为：

N_r＝C₂R_G(λ_B)λ_B (4)

将式(1)代入公式(4)中，在注入到光纤的光波长及测量时间保持不变的情况下，反射光光子数N_r与光纤光栅传感器的中心波长λ_B唯一相关，即：

当测量区域物理信息发生变化时，反射光的λ_B发生改变，反射光光子数N_r发生变化；根据时间数字转换器对反射光子的计数值可以计算出光纤光栅传感器的中心波长λ_B的漂移大小Δλ_B1，进而解调出测量区域应变和温度的变化大小；

假设光纤光栅在光纤上的位置为X，第i个光纤光栅的反射光到达单光子探测器的时间为：

则第i个光纤光栅传感器的位置为：

拉曼后向散射反斯托克斯光子在时间数字转换器的符合计数值表示为：

N_as＝ηΔυ_asP₀L|g_R，as|NQ(Ω_asp)D_c+B_as (8)

式(8)中，N_as表示每秒内散射的光子数，B_as表示由暗计数和瑞利背向散射放大的自发辐射的背景光子数；η表示单光子探测器的探测效率，Δυ_as表示系统中应用于反斯托克斯通道的滤波器的带宽，P₀表示激光器的峰值功率，L为传感光纤长度，g_R,as为拉曼增益系数，D_c为激光器信号的占空比，Ω_asp＝Ω_as-Ω_p为激光器的光波长与反斯托克斯波长的径向频率失谐，Q为声子数，可以表示为：

反斯托克斯光子计数率为：

式(10)中，x表示被测光纤的位置，C为常数，将被测光纤的一部分放置在已知温度的环境中，利用公式(10)，可以解调出常数C的值；通过测量被测光纤中的拉曼散射，利用公式(10)，就可以计算出被测光纤所处的温度环境；

则被测光纤x处的温度为：

同样，被测光纤x处拉曼反斯托克斯光到达单光子探测器的时间为：

则被测光纤点的位置为：

6.根据权利要求5所述的基于光子探测技术同时实现温度与应变的高精度传感方法，其特征在于，当X＝x时，光栅所处位置与被测光纤点位置重合，利用解调出的环境温度计算出由温度引起的光栅波长的漂移量，再结合光栅波长的总漂移量，计算出由外界应变引起的波长漂移量，进而解调出测量区域的物理信息变化大小；

则温度引起的光栅波长漂移量Δλ_B2为：

式(14)中，α和β分别表示光纤的热膨胀系数和热光系数；

由此得到由应变引起的波长漂移为：

Δλ_B＝Δλ_B1-Δλ_B2 (15)

进而得到外界物理信息改变引起的应变Δε为：

式(16)中，P_e为有效弹光系数。

7.根据权利要求1所述的基于光子探测技术同时实现温度与应变的高精度传感方法，其特征在于，所述光纤光栅传感器阵列中各光纤光栅传感器为高斯型变迹光栅，其中心波长相同，且与脉冲光源中心波长相匹配。

8.根据权利要求1所述的基于光子探测技术同时实现温度与应变的高精度传感方法，其特征在于，所述的第一、第二单光子探测器采用基于雪崩光电二极管或者超导波导器件；所述的时间数字转换器采用基于单片机、可编程逻辑器件、数字信号处理芯片、嵌入式芯片和专用的延时取与器件中的一种或多种器件实现。

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