CN116105776A - 光纤法珀传感器腔长高精度原位标定与高速实时解调的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开光纤法珀传感器腔长高精度原位标定与高速实时解调的方法与装置，装置包括宽带光源、光环形器、耦合器、n个可调谐滤波器、n个光电探测器、信号放大与调理模块、信号采集模块以及计算解调模块；方法步骤为：1)对光纤法珀压力光纤法珀传感器进行原位标定，获得光纤法珀传感器腔长‑光谱强度关系；2)所述计算解调模块根据光纤法珀传感器腔长‑光谱强度关系，确定当前光强信号对应的光纤法珀传感器腔长。本发明克服了传统光强法依赖实验环境进行标定导致与实际测试环境冲突的问题。

Description

光纤法珀传感器腔长高精度原位标定与高速实时解调的方法与装置

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体是光纤法珀传感器腔长高精度原位标定与高速实时解调的方法与装置。

背景技术

光纤法珀传感器是一种光学检测器件，具有结构简单、尺寸小、无电类引线、抗电磁干扰等优点，在高温、高压、强化学腐蚀与强电磁干扰的极端环境的物理量测试中具有很好的应用前景。

其传感的基本原理是当外界的诸如压力、温度、应变等物理量作用在法珀结构时，法珀结构会产生形变，改变其法珀腔的长度，使这一结构中多光束干涉的信号被调制。通过解调携带腔长信息的干涉信号，即可获得待测物理量的信息。

光纤法珀传感系统一般包括采集和处理信号的硬件系统与计算解调法珀腔长的算法软件组成。腔长解调方法的优劣决定着系统获取待测物理量的准确性和速度，光纤法珀传感领域的一个重要研究方向就是不断改进解调方法，以适应不同的工程测量需求。

目前常用的是相位解调方法，利用傅里叶变换、相关计算等各种数学变换工具，将干涉光谱信号变换到频谱域，在频谱域求其变换谱的峰值，从而解算出传感器腔长。这种方法的解调精度较高。然而在一些信号变化频率极快的测量中，系统需要对上千个完整光谱数据进行采样与运算，不可避免的带来了因为数据量大导致的解调速度慢的问题，制约了这类传感器在解调速度有较高要求测量中的应用。

强度解调法通过检测单波长(或几个波长)输出光强的变化来反应腔长变化，具有原理简单、响应速度快等优点，使用该方法可以实现腔长的高速实时解调。强度解调法需提前进行腔长-强度关系的标定，现有技术手段需通过在实验环境中构建模拟测试系统进行标定，这种方法获得的腔长-强度标定关系可靠性高。然而，实际上测试环境与构建的模拟测试系统与实验室环境与真实系统存在很大差异，比如不同温湿度环境中，同一结构的反射率不同，导致获得的强度值不同。这种现象使得实验环境中获得的标定结果不一定适用于现场测试，会给解调结果带来误差。

发明内容

本发明的目的是提供光纤法珀传感器腔长高精度原位标定与高速实时解调装置，包括宽带光源、光环形器、耦合器、n个可调谐滤波器、n个光电探测器、信号放大与调理模块、信号采集模块以及计算解调模块；

所述宽带光源通过光纤向光环形器提供宽光谱输入光源信号；

所述光环形器通过光纤将宽带光源信号传输至光纤法珀传感器，并接收光纤法珀传感器返回的反射光干涉信号；

所述光环形器将反射光干涉信号传输至耦合器；

所述耦合器将反射光干涉信号多路传输，分别传输至n个可调谐滤波器中；

第i个可调谐滤波器对反射光干涉信号进行滤波，保留波长λ_i下的反射光干涉信号，并传输至对应的光电探测器中；i＝1，2，…，n；

所述光电探测器将反射光干涉信号转换为模拟电信号，并传输至信号放大与调理模块；

所述信号放大与调理模块对模拟电信号进行放大、滤波，并传输至信号采集模块；

所述信号采集模块将放大、滤波后的多路模拟信号传输至计算解调模块；

所述计算解调模块从多路光信号中选定一路或多路波长对应的光强信号，并根据光纤法珀传感器腔长-光强关系对光强信号进行处理，得到当前光强信号对应的光纤法珀传感器腔长。

进一步，宽带光源为宽光谱光源，包括ASE、SLD，其在信号解调范围内的光谱平坦、功率可调。

基于光纤法珀传感器腔长高精度原位标定与高速实时解调装置的解调方法，包括以下步骤：

1)对光纤法珀传感器进行原位标定，获得光纤法珀传感器腔长-光谱强度关系；

2)宽带光源通过光纤向光环形器提供宽光谱输入光源信号；

3)光环形器通过光纤将宽带光源信号传输至光纤法珀传感器，并接收光纤法珀传感器返回的反射光干涉信号；

4)依次利用耦合器、可调谐滤波器、光电探测器、信号放大与调理模块、信号采集模块获得在波长λ_i下的稀疏光谱，并传输至计算解调模块；

5)所述计算解调模块从多路光信号中选定一路波长，并根据光纤法珀传感器腔长-光强关系对该波长对应的光强信号进行处理，得到当前光强信号对应的光纤法珀传感器腔长。

进一步，对光纤法珀传感器进行原位标定的步骤包括：

1.1)宽带光源通过光纤向光环形器提供宽光谱输入光源信号；

1.2)光环形器通过光纤将宽带光源信号传输至光纤法珀传感器，并接收光纤法珀传感器返回的反射光干涉信号；

1.3)利用通道1的可调谐滤波器进行波长扫描，获得环境状态E0下的完整反射光谱；

1.4)依次利用耦合器、可调谐滤波器、光电探测器、信号放大与调理模块、信号采集模块获得光强信号，并传输至计算解调模块；

1.5)所述计算解调模块对干涉光谱信号进行解调，得到环境状态E0下的光纤法珀腔长L_i；i初始值为0；

1.6)改变环境状态，并返回步骤1)，直到建立不同环境状态下的腔长序列L＝{L₀,L₁…L_N}，以及各腔长对应的光谱在单波长点λ₀处的光谱强度序列P＝{P₀,P₁...P_N}；

1.7)对腔长序列L＝{L₀,L₁…L_N}和光谱强度序列P＝{P₀,P₁...P_N}进行拟合，得到在单波长点λ₀下的光纤法珀传感器腔长-光谱强度关系。

进一步，对光纤法珀传感器进行加载的装置包括微位移台、压力发生器。

进一步，解调时，腔长L在解调的线性区间内波动，此时，腔长L与接收到的光强I_R成近似线性关系；解调的线性区间为以斜率最大的Q点为中心的λ/4单色光源波长范围；

近似线性关系如下所示：

I_R＝αI₀L(1)

式中，I_R为光强信号；α为比例系数；L为腔长；I₀为入射光光强。

进一步，光强信号I_R如下所示：

式中，L为腔长；I₀为入射光光强；R为端面反射率，λ为光波波长。

进一步，选择单波长点λ₀的步骤包括：

以腔长L的变化区间，也即光纤法珀传感器设计时确定的初始腔长和达到最大形变时的腔长值为变量，依次比较稀疏光谱N路单波长点处的反射光谱曲线的特征，选择一条在该腔长区间内单调、线性度最高、灵敏度最高的曲线所对应波长值作为单波长点λ₀。

本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明提出了一种基于强度法，具有腔长高精度原位标定功能的光纤法珀传感器测试系统，克服了传统光强法依赖实验环境进行标定导致与实际测试环境冲突的问题，同时该系统可以实现腔长的高速实时解调。

本发明使用一套系统完成标定与测量。在进行光强-腔长关系标定时，所需的数据不需要增加单独的光源和数据采集等模块获得，实现了系统的复用。

本发明可以通过灵活改变系统的硬件布置，以实现不同原理的腔长解调，提高了系统的解调精度和适用范围。

附图说明

图1为光纤法珀压力测量系统图；

图2(a)-(b)为法珀腔长与输出光强关系曲线和光强法腔长解调原理图

图3为不同单波长下腔长与光强关系曲线原理图；

图4为系统运行流程图；

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

参见图1至图4，光纤法珀传感器腔长高精度原位标定与高速实时解调装置，包括宽带光源、光环形器、耦合器、n个可调谐滤波器、n个光电探测器、信号放大与调理模块、信号采集模块以及计算解调模块；

所述宽带光源通过光纤向光环形器提供宽光谱输入光源信号；

所述光环形器通过光纤将宽带光源信号传输至光纤法珀传感器，并接收光纤法珀传感器返回的反射光干涉信号；

所述光环形器将反射光干涉信号传输至耦合器；

所述耦合器将反射光干涉信号多路传输，分别传输至n个可调谐滤波器中；

第i个可调谐滤波器对反射光干涉信号进行滤波，保留波长λ_i下的反射光干涉信号，并传输至对应的光电探测器中；i＝1，2，…，n；

所述光电探测器将反射光干涉信号转换为模拟电信号，并传输至信号放大与调理模块；

所述信号放大与调理模块对模拟电信号进行放大、滤波，并传输至信号采集模块；

所述信号采集模块将放大、滤波后的多路模拟信号传输至计算解调模块；

所述计算解调模块从多路光信号中选定一路或多路波长对应的光强信号，并根据光纤法珀传感器腔长-光强关系对光强信号进行处理，得到当前光强信号对应的光纤法珀传感器腔长。

宽带光源为宽光谱光源，包括ASE(Amplified spontaneous emission，放大自发辐射光源)、SLD(Super-LuminescentDiodes,超辐射发光二极管光源)，其在信号解调范围内的光谱平坦、功率可调。

基于光纤法珀传感器腔长高精度原位标定与高速实时解调装置的解调方法，包括以下步骤：

1)对光纤法珀传感器进行原位标定，获得光纤法珀传感器腔长-光谱强度关系；

2)宽带光源通过光纤向光环形器提供宽光谱输入光源信号；

3)光环形器通过光纤将宽带光源信号传输至光纤法珀传感器，并接收光纤法珀传感器返回的反射光干涉信号；

4)依次利用耦合器、可调谐滤波器、光电探测器、信号放大与调理模块、信号采集模块获得在波长λ_i下的稀疏光谱，并传输至计算解调模块；

5)所述计算解调模块从多路光信号中选定一路波长，并根据光纤法珀传感器腔长-光强关系对该波长对应的光强信号进行处理，得到当前光强信号对应的光纤法珀传感器腔长。

对光纤法珀传感器进行原位标定的步骤包括：

1.1)宽带光源通过光纤向光环形器提供宽光谱输入光源信号；

1.2)光环形器通过光纤将宽带光源信号传输至光纤法珀传感器，并接收光纤法珀传感器返回的反射光干涉信号；

1.3)利用通道1的可调谐滤波器进行波长扫描，获得环境状态E0下的完整反射光谱；

1.4)依次利用耦合器、可调谐滤波器、光电探测器、信号放大与调理模块、信号采集模块获得光强信号，并传输至计算解调模块；

1.5)所述计算解调模块对干涉光谱信号进行解调，得到环境状态E0下的光纤法珀腔长L_i；i初始值为0；

1.6)改变环境状态，并返回步骤1)，直到建立不同环境状态下的腔长序列L＝{L₀,L₁…L_N}，以及各腔长对应的光谱在单波长点λ₀处的光谱强度序列P＝{P₀,P₁...P_N}；

1.7)对腔长序列L＝{L₀,L₁…L_N}和光谱强度序列P＝{P₀,P₁...P_N}进行拟合，得到在单波长点λ₀下的光纤法珀传感器腔长-光谱强度关系。

对光纤法珀传感器进行加载的装置包括微位移台、压力发生器。

解调时，腔长L在解调的线性区间内波动，此时，腔长L与接收到的光强I_R成近似线性关系；解调的线性区间为以斜率最大的Q点为中心的λ/4单色光源波长范围；

近似线性关系如下所示：

I_R＝αI₀L(1)

式中，I_R为光强信号；α为比例系数；L为腔长；I₀为入射光光强。

光强信号I_R如下所示：

式中，L为腔长；I₀为入射光光强；R为端面反射率，λ为光波波长。

选择单波长点λ₀的步骤包括：

以腔长L的变化区间，也即光纤法珀传感器设计时确定的初始腔长和达到最大形变时的腔长值为变量，依次比较稀疏光谱N路单波长点处的反射光谱曲线的特征，选择一条在该腔长区间内单调、线性度最高、灵敏度最高的曲线所对应波长值作为单波长点λ₀。

实施例2：

参见图1至图4，光纤法珀传感器腔长高精度原位标定与高速实时解调装置，如图2所示，包括宽带光源、光环形器、耦合器、可调谐滤波器、光电探测器、信号放大与调理模块、信号采集模块以及计算解调模块；所述系统可以获得光纤法珀传感器在单个(或者几个)波长处的干涉光谱。

所述硬件系统各部分的作用是：

所述宽带光源为系统提供光谱平坦、功率稳定可调的宽光谱光源。

所述光环形器将光源发出的扫描光信号通过光纤发送到光纤法珀压力光纤法珀传感器，同时将光纤法珀传感器返回的干涉信号传输到耦合器。

所述耦合器将一路光进行多路传输。

所述滤波器将从光纤法珀传感器反射出来的干涉光按照特定的波长λ₀通过，其余波长的光衰减。滤波器允许通过的波长可调，以实现输出不同波长的光。同时可以根据解调精度的要求，合理选择添加滤波器的个数，以实现不同方法的腔长解调。

所述光电探测器用于接收与转换反射光干涉信号，输出为模拟电信号。

所述信号放大与调理模块模块将光电探测器传输过来的模拟信号放大、滤波。

所述信号采集模块将放大调理好的模拟信息转换为数字信号，进行采集和存储，并传递到后续系统进行计算解调。

所述计算解调模块将传输过来的数字信号进行计算，实现光纤法珀腔长的解调。

图1展示了适用于测量高频动态压力的系统。光纤法珀传感器可以通过优化结构设计、膜片材料和封装工艺以适用于高频动态压力变化环境，满足高频动态压力响应速度与量程的需求。系统中的扫描光源可以设定扫描波长间隔，光源经光环形器发送到光纤法珀传感器，环形器再将反射光依次传输到光电探测器、数据采集与处理模块、计算解调模块实现反射光谱的连续等波长间隔扫描采集、存储和解调。

标定时借助压力发生器对法珀进行压力加载，光源连续扫描出光，获得光纤法珀传感器反射回来的干涉信号光谱，利用相位解调法或者其他方法计算出腔长L_i。改变加载条件获得多个光谱及对应的腔长，构成腔长值解调序列L＝{L₀,L₁…L_N}；然后搜寻不同腔长对应的光谱在单波长点λ₀强处的强度P_i，获得光强序列P＝{P₀,P₁...P_N}；将腔长序列与光强序列拟合得到此波长点λ₀处的腔长-强度关系。

在实际测试中，设定系统连续扫描获取该单波长点λ₀处的反射信号，并将搜寻到的强度变化数据利用获得的腔长-波长关系实现腔长的高速实时解调。

该流程可以在现成的计算机上通过算法实现，也可以开发专用的高速嵌入式系统实现。

实施例3：

一种腔长高精度原位标定与腔长高速实时解调方法，该方法的具体步骤是是：

S1:检测系统，保持光纤法珀传感器所处的环境状态稳定。利用通道1的可调滤波器进行波长扫描，获得环境状态E0下的完整反射光谱；

S2:使用相位解调方法计算得到环境状态E0下的腔长L0，重复步骤1、2，获得不同环境状态下的腔长序列L＝[L0,L1,...LN]；

S3:根据波长选择依据得到不同环境状态下λ₀的强度值序列P＝[P0,P1,…,PN]，建立强度(序列P)-腔长(序列L)对应关系

S4:测试时，设定系统实时获取λ₀处的干涉信号，利用强度-腔长关系解调腔长。

步骤S3中强度-腔长关系标定的基本原理是：反射光谱经过可调谐滤波器后系统获得一个(或几个)波长点处的干涉信号，其信号的光强值会随着被测物理量的变化而变化，也即法珀腔长不同，接收到的光强值不同。一般地，接收到的光强信号I_R可表示为：

式中：I₀为入射光光强，R为端面反射率，λ为光波波长，L为法珀腔腔长。当光纤法珀传感器的端面反射率不太高时，上式可简化为：

可以看出，接收到的反射光强度I_R为腔长L的单变量余弦函数。以光谱中线性度最好，也即斜率最大的点作为初始工作点Q点。取以Q点为中心的λ/4单色光源波长范围作为解调的线性区间，当腔长L在此区间内波动时，腔长L与接收到的光强I_R成近似线性关系，即：

I_R＝αI₀L(3)

其中，α为比例系数，强度值与法珀腔长的对应曲线如图2a，图中Q点为初始工作点，Δh为λ/4线性区。标定的目的就是获得此区间中腔长与光强的近似线性关系。

由于在实际测试中，系统使用一单波长点处实时获得的反射光强度数据解调腔长。因此步骤S3进行腔长-波长关系标定时，须结合不同波长点对应的光谱图，对标定时使用的单色光源波长λ₀进行选择，以达到更优良的测试效果。

具体方法是采用数值仿真的手段对单波长点λ₀进行选择，从式(2)可以看出，光电探测器接收到的反射光强信号与端面反射率R、法珀腔腔长L以及入射光波长λ₀等均有关系。数值仿真时，以腔长L的变化区间，也即光纤法珀传感器设计时确定的初始腔长和达到最大形变时的腔长值为变量，依次考察获得组成宽带光源的单波长点处的反射光谱曲线的动态范围、线性、灵敏度等特征。端面反射率R根据实际采用的光纤法珀传感器类型进行确定，为一定值。原理的示意图如图3所示。

然而宽带光源在带宽范围内具有无穷多个可供选择的单波长点，无法通过有限次数的对比确定一个最适用的λ_0，因此在实际的操作中，须结合已有的工程经验，在常用的波长点范围周边进行选择。

不同单波长点在确定的腔长区间内其光强变化曲线不同，选择的目的是获得一条在该腔长区间内单调、线性度好、灵敏度高的曲线及其对应的波长值，用于标定和测试。

步骤S4中通过将单波长点λ固定在Q点处，通过实时获取到的反射光强值I_R，带入S3中获得的腔长-光强线性关系即可实时计算得到腔长,其解调原理如图2b所示。

实施例4：

将光纤法珀传感器腔长高精度原位标定与高速实时解调装置运用到实际高频动态压力测试中的方法，该方法采用了单波长强度解调，可以实现腔长的高速、实时的解调。然而在实际的应用中，光路和测试环境的干扰因素复杂，使得解调精度有限、解调范围小。

参见图1展示的系统图，本实施例通过调整可调谐滤波器的数量，可以获得两个或者多个波长点处的干涉光谱，以实现系统的双波长解调、三波长解调等。本实施例以双波长解调法为例，介绍通过调整系统的组成以提高系统适用性的方法。

双波长法解调中采用两个可调谐滤波器，设置可调谐滤波器输出光的波长为λ₁和λ₂，则其相位

和

可以分别表示为：

在双波长法解调中一般设置两束光相位差为90°，也即

当压力变化使腔长改变时，系统接收到的反射光的光强发生相应改变，导致相位产生

的变化量，腔长相应的也产生变化量：

在确定初始腔长L₀后，即可通过对两路不同波长的光信号参数的探测，实现对腔长的解调。

实施例5：

光纤法珀传感器腔长高精度原位标定与高速实时解调装置，包括宽带光源、所述光环形器、耦合器、n个可调谐滤波器、n个光电探测器、信号放大与调理模块、信号采集模块以及计算解调模块。

所述宽带光源通过光纤向光环形器提供宽光谱输入光源信号；

所述光环形器通过光纤将宽带光源信号传输至光纤法珀传感器，并接收光纤法珀传感器返回的反射光干涉信号；

所述光环形器将反射光干涉信号传输至耦合器；

所述耦合器将反射光干涉信号多路传输，分别传输至n个可调谐滤波器中；

第i个可调谐滤波器对反射光干涉信号进行滤波，保留波长λ_i下的反射光干涉信号，并传输至对应的光电探测器中；i＝1，2，…，n；

所述光电探测器将反射光干涉信号转换为模拟电信号，并传输至信号放大与调理模块；

所述信号放大与调理模块对模拟电信号进行放大、滤波，并传输至信号采集模块；

所述信号采集模块将放大、滤波后的多路模拟信号传输至计算解调模块；

所述计算解调模块从多路光信号中选定一路或多路波长对应的光强信号，并根据光纤法珀传感器腔长-光强关系对光强信号进行处理，得到当前光强信号对应的光纤法珀传感器腔长。

实施例6：

光纤法珀传感器腔长高精度原位标定与高速实时解调装置，主要内容见实施例5，其中，宽带光源为宽光谱光源，包括ASE、SLD，其在信号解调范围内的光谱平坦、功率可调。

实施例7：

光纤法珀传感器腔长高精度原位标定与高速实时解调装置的解调方法，包括以下步骤：

1)对光纤法珀传感器进行原位标定，获得光纤法珀传感器腔长-光谱强度关系；

2)宽带光源通过光纤向光环形器提供宽光谱输入光源信号；

3)光环形器通过光纤将宽带光源信号传输至光纤法珀传感器，并接收光纤法珀传感器返回的反射光干涉信号；

4)依次利用耦合器、可调谐滤波器、光电探测器、信号放大与调理模块、信号采集模块获得在波长λ_i下的稀疏光谱，并传输至计算解调模块；

5)所述计算解调模块从多路光信号中选定一路波长，并根据光纤法珀传感器腔长-光强关系对该波长对应的光强信号进行处理，得到当前光强信号对应的光纤法珀传感器腔长。

实施例8：

光纤法珀传感器腔长高精度原位标定与高速实时解调装置的解调方法，主要内容见实施例7，其中，对光纤法珀传感器进行原位标定的步骤包括：

1)宽带光源通过光纤向光环形器提供宽光谱输入光源信号；

2)光环形器通过光纤将宽带光源信号传输至光纤法珀传感器，并接收光纤法珀传感器返回的反射光干涉信号；

3)利用通道1的可调谐滤波器进行波长扫描，获得环境状态E0下的完整反射光谱；

4)依次利用耦合器、可调谐滤波器、光电探测器、信号放大与调理模块、信号采集模块获得光强信号，并传输至计算解调模块；

5)所述计算解调模块对干涉光谱信号进行解调，得到环境状态E0下的光纤法珀腔长L_i；i初始值为0；

6)改变环境状态，并返回步骤1)，直到建立不同环境状态下的腔长序列L＝{L₀,L₁…L_N}，以及各腔长对应的光谱在单波长点λ₀处的光谱强度序列P＝{P₀,P₁...P_N}；

7)对腔长序列L＝{L₀,L₁…L_N}和光谱强度序列P＝{P₀,P₁...P_N}进行拟合，得到在单波长点λ₀下的光纤法珀传感器腔长-光谱强度关系。

实施例9：

光纤法珀传感器腔长高精度原位标定与高速实时解调装置的解调方法，主要内容见实施例7，其中，对光纤法珀传感器进行加载的装置包括但不限于微位移台、压力发生器。

实施例10：

光纤法珀传感器腔长高精度原位标定与高速实时解调装置的解调方法，主要内容见实施例7，其中，解调时，腔长L在解调的线性区间内波动，此时，腔长L与接收到的光强I_R成近似线性关系；解调的线性区间为以斜率最大的Q点为中心的λ/4单色光源波长范围；

近似线性关系如下所示：

I_R＝αI₀L(1)

式中，I_R为光强信号；α为比例系数；L为腔长；I₀为入射光光强。

实施例11：

光纤法珀传感器腔长高精度原位标定与高速实时解调装置的解调方法，主要内容见实施例7，其中，选择单波长点λ₀的步骤包括：

以腔长L的变化区间，也即光纤法珀传感器设计时确定的初始腔长和达到最大形变时的腔长值为变量，依次比较稀疏光谱N路单波长点处的反射光谱曲线的特征，选择一条在该腔长区间内单调、线性度最高、灵敏度最高的曲线所对应波长值作为单波长点λ₀。

Claims (7)

1.光纤法珀传感器腔长高精度原位标定与高速实时解调装置，其特征在于：包括宽带光源、所述光环形器、耦合器、n个可调谐滤波器、n个光电探测器、信号放大与调理模块、信号采集模块以及计算解调模块。

所述宽带光源通过光纤向光环形器提供宽光谱输入光源信号；

所述光环形器通过光纤将宽带光源信号传输至光纤法珀传感器，并接收光纤法珀传感器返回的反射光干涉信号；

所述光环形器将反射光干涉信号传输至耦合器；

所述耦合器将反射光干涉信号多路传输，分别传输至n个可调谐滤波器中；

第i个可调谐滤波器对反射光干涉信号进行滤波，保留波长λ_i下的反射光干涉信号，并传输至对应的光电探测器中；i＝1，2，…，n；

所述光电探测器将反射光干涉信号转换为模拟电信号，并传输至信号放大与调理模块；

所述信号放大与调理模块对模拟电信号进行放大、滤波，并传输至信号采集模块；

所述信号采集模块将放大、滤波后的多路模拟信号传输至计算解调模块；

所述计算解调模块从多路光信号中选定一路或多路波长对应的光强信号，并根据光纤法珀传感器腔长-光强关系对光强信号进行处理，得到当前光强信号对应的光纤法珀传感器腔长。

2.根据权利要求1所述的光纤法珀传感器腔长高精度原位标定与高速实时解调装置，其特征在于：宽带光源为宽光谱光源，包括ASE、SLD，其在信号解调范围内的光谱平坦、功率可调。

3.基于权利要求1至2任一项所述光纤法珀传感器腔长高精度原位标定与高速实时解调装置的解调方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)对光纤法珀传感器进行原位标定，获得光纤法珀传感器腔长-光谱强度关系；

2)宽带光源通过光纤向光环形器提供宽光谱输入光源信号；

3)光环形器通过光纤将宽带光源信号传输至光纤法珀传感器，并接收光纤法珀传感器返回的反射光干涉信号；

4)依次利用耦合器、可调谐滤波器、光电探测器、信号放大与调理模块、信号采集模块获得在波长λ_i下的稀疏光谱，并传输至计算解调模块；

5)所述计算解调模块从多路光信号中选定一路波长，并根据光纤法珀传感器腔长-光强关系对该波长对应的光强信号进行处理，得到当前光强信号对应的光纤法珀传感器腔长。

4.根据权利要求3所述的基于光纤法珀传感器腔长高精度原位标定与高速实时解调装置的解调方法，其特征在于，对光纤法珀传感器进行原位标定的步骤包括：

1)宽带光源通过光纤向光环形器提供宽光谱输入光源信号；

2)光环形器通过光纤将宽带光源信号传输至光纤法珀传感器，并接收光纤法珀传感器返回的反射光干涉信号；

3)利用通道1的可调谐滤波器进行波长扫描，获得环境状态E0下的完整反射光谱；

4)依次利用耦合器、可调谐滤波器、光电探测器、信号放大与调理模块、信号采集模块获得光强信号，并传输至计算解调模块；

5)所述计算解调模块对干涉光谱信号进行解调，得到环境状态E0下的光纤法珀腔长L_i；i初始值为0；

6)改变环境状态，并返回步骤1)，直到建立不同环境状态下的腔长序列L＝{L₀,L₁…L_N}，以及各腔长对应的光谱在单波长点λ₀处的光谱强度序列P＝{P₀,P₁...P_N}；

7)对腔长序列L＝{L₀,L₁…L_N}和光谱强度序列P＝{P₀,P₁...P_N}进行拟合，得到在单波长点λ₀下的光纤法珀传感器腔长-光谱强度关系。

5.根据权利要求4所述的基于光纤法珀传感器腔长高精度原位标定与高速实时解调装置的解调方法，其特征在于，对光纤法珀传感器进行加载的装置包括但不限于微位移台、压力发生器。

6.根据权利要求5所述的基于光纤法珀传感器腔长高精度原位标定与高速实时解调装置的解调方法，其特征在于，解调时，腔长L在解调的线性区间内波动，此时，腔长L与接收到的光强I_R成近似线性关系；解调的线性区间为以斜率最大的Q点为中心的λ/4单色光源波长范围；

近似线性关系如下所示：

I_R＝αI₀L(1)

式中，I_R为光强信号；α为比例系数；L为腔长；I₀为入射光光强。

7.根据权利要求3所述的基于光纤法珀传感器腔长高精度原位标定与高速实时解调装置的解调方法，其特征在于，选择单波长点λ₀的步骤包括：

以腔长L的变化区间，也即光纤法珀传感器设计时确定的初始腔长和达到最大形变时的腔长值为变量，依次比较稀疏光谱N路单波长点处的反射光谱曲线的特征，选择一条在该腔长区间内单调、线性度最高、灵敏度最高的曲线所对应波长值作为单波长点λ₀。

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