CN117309013A - 一种干涉式光纤传感器的解调方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及干涉式光纤传感器，公开了一种干涉式光纤传感器的解调方法、系统，该解调方法包括：获得干涉式光纤传感器输出的干涉信号，干涉信号表示为包含表征光强扰动、调制深度和载波相位延迟三种不同影响因素的参数的表达式；对干涉信号进行解调运算，利用载波调制信号的正弦余弦分量消除载波相位延迟的影响，利用载波调制信号的一至四倍频及除法器等相关运算消除调制深度漂移和光强扰动对于解调结果的影响，获得运算关系式根据运算关系式，确定待测信号对应的相位信号。本申请中的解调方法能够消除光强扰动、调制深度和载波相位延迟的影响，保证相位信号的准确性，进而提高干涉式光纤传感器的测量精度。

Description

一种干涉式光纤传感器的解调方法及系统
技术领域
本发明涉及干涉式光纤传感器技术领域，特别是涉及一种干涉式光纤传感器的解调方法及系统。
背景技术
近年来，光纤传感器由于高精度、高灵敏度、高速、无源传感等优势，逐步取代传统电式传感器。干涉型光纤传感器通过测量光的相位变化得到待测物理量，灵敏度较高，可用于光纤水听器、光纤地震检波器的研制，广泛应用于石油勘探、水下侦察、地震监测等领域。
在干涉型光纤传感器快速发展的同时，其解调技术也被众多学者关注。相位生成载波(PGC，英文全称Phase Generated Carrier)技术通过引入高频载波调制信号来抑制低频噪声，具有动态范围大、信噪比高等优点。基于PGC技术的Michelson光纤干涉仪传感系统结构图如图1所示，窄线宽激光源发出的光经过光纤隔离器和光纤耦合器后分为两束，分别在传感光纤臂和参考光纤臂中传输，传感光纤臂中光受到外界物理量影响产生相位变化，而参考光纤臂不受影响，两臂中的传输光经过法拉第旋光反射镜反射后在耦合器的另一输出端发生干涉，再经过光电探测器将光信号转变为电信号然后经过信号采集卡将模拟信号转换为数字信号，转换后的数字信号在PC中进行解调，得到待测相位变化。其中，参考臂设有相位调制器，用于引入PGC解调中的载波调制信号，信号发生器用于产生载波调制信号。调制后的光纤干涉仪输出信号需经过一定的解调处理，才能得到待测信号。因此，PGC相位解调方法直接影响光纤干涉式传感器的性能，而现有PGC解调方法易受光强扰动、载波相位延迟以及调制深度漂移的影响，产生解调误差，进而影响光纤干涉传感器的测量精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种干涉式光纤传感器的解调方法及系统，即可消除光强扰动、调制深度和载波相位延迟等因素对解调精度的影响，从而在一定程度上提升解调结果的准确性，进而提高干涉式光纤传感器的测量精度。
为解决上述技术问题，本发明提供一种干涉式光纤传感器的解调方法，包括：
获得干涉式光纤传感器输出的干涉信号，且所述干涉信号表示为包含表征光强扰动、调制深度和载波相位延迟三种不同影响因素的参数的表达式其中，I(t)为所述干涉信号；A为光强直流分量，B为交流分量幅度，C为调制深度，ωc为载波调制信号的角频率，θ为载波相位延迟项，/>为待测信号对应的相位信号，t为所述待测信号对应的时间点序号，m为光强扰动的幅值，ωn为光强扰动的角频率；
将所述干涉信号分别与正余弦载波的一倍频、二倍频、三倍频、四倍频信号混频后，通过低通滤波器滤波，获得滤波分量其中，P1(t)、P2(t)、P3(t)、P4(t)、P5(t)、P6(t)、P7(t)、P8(t)分别为第一滤波分量、第二滤波分量、第三滤波分量、第四滤波分量、第五滤波分量、第六滤波分量、第七滤波分量、第八滤波分量；Jk(C)为第k阶贝塞尔函数系数，且k＝1，2，3，4；
将所述滤波分量中载波相位延迟相互正交的两项滤波分量进行平方相加后开根号运算，获得消除载波相位延迟项的运算分量其中，Q1(t)、Q2(t)、Q3(t)、Q4(t)分别为第一运算分量、第二运算分量、第三运算分量、第四运算分量；
将所述第一运算分量和所述第三运算分量、所述第二运算分量和所述第四运算分量分别进行求和运算，并根据贝塞尔函数的递推性质，获得第一运算结果和第二运算结果
根据所述第一运算结果和所述第二运算结果的比值与所述第三运算分量和第二运算分量的比值进行乘积运算，获得消除调制深度相关项和光强扰动项之后的运算关系式其中，Z(t)为解调运算值；
根据所述运算关系式，确定待测信号对应的相位信号。
可选地，根据所述运算关系式，确定待测信号对应的相位信号之后，还包括：
判断所述相位信号是否超出解调范围；若是，则对所述相位信号的大小进行π的增减，获得调整后的相位信号。
可选地，判断所述相位信号是否超出解调范围；若是，则对所述相位信号的大小进行π的增减，获得调整后的相位信号，包括：
判断当前时间点的相位信号和上一时间点的相位信号之间的差值绝对值是否大于π；
若是，则判断当前时间点的所述相位信号是否大于上一时间点的所述相位信号；
若是，则将所述相位信号减小π，获得调整后的所述相位信号；
若否，则将所述相位信号增大π，获得调整后的所述相位信号。
一种干涉式光纤传感器的解调系统，包括：
信号采集卡，用于获得干涉式光纤传感器输出的干涉信号，且所述干涉信号表示为包含表征光强扰动、调制深度和载波相位延迟三种不同影响因素的参数的表达式其中，I(t)为所述干涉信号；A为光强直流分量，B为交流分量幅度，C为调制深度，ωc为载波调制信号的角频率，θ为载波相位延迟项，/>为待测信号对应的相位信号，t为所述待测信号对应的时间点序号，m为光强扰动的幅值，ωn为光强扰动的角频率；
混频运算器，用于将所述干涉信号分别与正余弦载波的一倍频、二倍频、三倍频、四倍频信号进行混频运算；
低通滤波器，用于将混频运算的运算结果分别进行滤波，获得滤波分量其中，Jk(C)为第k阶贝塞尔函数系数，且k＝1，2，3，4；m为光强扰动的幅值，wn为光强扰动的相位值；P1(t)、P2(t)、P3(t)、P4(t)、P5(t)、P6(t)、P7(t)、P8(t)分别为第一滤波分量、第二滤波分量、第三滤波分量、第四滤波分量、第五滤波分量、第六滤波分量、第七滤波分量、第八滤波分量；
平方相加开根号运算器，用于将所述滤波分量中载波相位延迟相互正交的两项滤波分量进行平方相加后开根号运算，获得消除载波相位延迟项的运算分量其中，Q1(t)、Q2(t)、Q3(t)、Q4(t)分别为第一运算分量、第二运算分量、第三运算分量、第四运算分量；
分量求和运算器，用于将所述第一运算分量和所述第三运算分量、所述第二运算分量和所述第四运算分量分别进行求和运算，并根据贝塞尔函数的递推性质，获得第一运算结果和第二运算结果
除法器，用于将所述第一运算结果和所述第二运算结果、所述第三运算分量和第二运算分量分别进行比值运算；
乘法器，用于将所述第一运算结果和所述第二运算结果比值运算的结果，与所述第三运算分量和第二运算分量分别进行比值运算的结果进行乘积运算，获得消除光强扰动项之后的运算关系式
相位信号运算器，用于根据所述运算关系式，确定待测信号对应的相位信号。
可选地，所述相位信号运算器还用于在根据所述解调运算值和所述运算关系式，确定待测信号对应的相位信号之后，判断所述相位信号是否超出解调范围；若是则对所述相位信号的大小进行π的增减，获得调整后的相位信号。
可选地，所述相位信号运算器具体用于判断当前时间点的相位信号和上一时间点的相位信号之间的差值绝对值是否大于π；若是，则判断当前时间点的所述相位信号是否大于上一时间点的所述相位信号；若是，则将所述相位信号减小π，获得调整后的所述相位信号；若否，则将所述相位信号增大π，获得调整后的所述相位信号。
本发明提供了一种干涉式光纤传感器的解调方法及系统，该解调方法包括：获得干涉式光纤传感器输出的干涉信号，且干涉信号表示为包含表征光强扰动、调制深度和载波相位延迟三种不同影响因素的参数的表达式其中，I(t)为干涉信号；A为光强直流分量，B为交流分量幅度，C为调制深度，ωc为载波调制信号的角频率，θ为载波相位延迟项，/>为待测信号对应的相位信号，t为待测信号对应的时间点序号，m为光强扰动的幅值，ωn为光强扰动的角频率；将干涉信号分别与正余弦载波的一倍频、二倍频、三倍频、四倍频信号混频后，通过低通滤波器滤波，获得滤波分量其中，P1(t)、P2(t)、P3(t)、P4(t)、P5(t)、P6(t)、P7(t)、P8(t)分别为第一滤波分量、第二滤波分量、第三滤波分量、第四滤波分量、第五滤波分量、第六滤波分量、第七滤波分量、第八滤波分量；Jk(C)为第k阶贝塞尔函数系数，且k＝1，2，3，4；将滤波分量中载波相位延迟相互正交的两项滤波分量进行平方相加后开根号运算，获得消除载波相位延迟项的运算分量其中，Q1(t)、Q2(t)、Q3(t)、Q4(t)分别为第一运算分量、第二运算分量、第三运算分量、第四运算分量；将第一运算分量和第三运算分量、第二运算分量和第四运算分量分别进行求和运算，并根据贝塞尔函数的递推性质，获得第一运算结果/>和第二运算结果根据第一运算结果和第二运算结果的比值与第三运算分量和第二运算分量的比值进行乘积运算，获得消除光强扰动项之后的运算关系式/>其中，Z(t)为解调运算值；根据运算关系式，确定待测信号对应的相位信号。
本申请中所提供的解调方法，利用载波调制信号的正弦余弦分量消除载波相位延迟的影响，利用载波调制信号的一至四倍频及除法器等相关运算消除调制深度漂移和光强扰动影响，最终获得不包含以上三种影响因素的参数的运算关系式，由此基于该运算关系式即可进一步地确定出待测信号所引起的相位变化，因为最终的运算关系式中并不包含表征光强扰动、调制深度和载波相位延迟三种不同影响因素的参数，最终确定的相位信号也就完全不受以上三种干扰因素的影响，由此即可保证确定的待测信号对应的相位信号的准确性，进而在一定程度上提高干涉式光纤传感器的测量精度。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为干涉式光纤传感器的框架结构示意图；
图2为本申请实施例提供的干涉式光纤传感器的解调方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的对于超出解调范围的相位进行补偿的流程示意图；
图4为本申请实施例中的干涉式光纤传感器的解调方法在不同调制深度下的解调结果的坐标示意图；
图5为本申请中的实施例中的干涉式光纤传感器的解调方法在不同载波相位延迟下的解调结果的坐标示意图；
图6为本申请中的实施例中的干涉式光纤传感器的解调方法在不同光强幅度和频率扰动下的解调结果的坐标示意图；
图7为本申请中的实施例中的干涉式光纤传感器的解调方法中加入范围扩展单元前后解调结果对比示意图；
图8为本发明实施例提供的干涉式光纤传感器的解调系统的结构框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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。
如图2所示，图2为本申请实施例提供的干涉式光纤传感器的解调方法的流程示意图，该干涉式光纤传感器的解调方法可以包括：
S1：获得干涉式光纤传感器输出的干涉信号，且干涉信号表示为包含表征光强扰动、调制深度和载波相位延迟三种不同影响因素的参数的表达式
需要说明的是，本申请中为了充分考虑解调运算中各种不同影响因素的干扰，所采用的干涉信号的表达式中全面包含了表征光强扰动、调制深度和载波相位延迟三种不同影响因素的参数。
该干涉信号的表达式具体可以为：
其中，I(t)为干涉信号；A为光强直流分量，B为交流分量幅度，C为调制深度，ωc为载波调制信号的角频率，θ为载波相位延迟项，为待测信号引起的相位信号，t为待测信号对应的时间点序号，m为光强扰动的幅值，ωn为光强扰动的角频率。
显然，在上述干涉信号的表达式中，光强扰动的幅值m和光强扰动的角频率ωn也即是表征光强扰动的参数；载波相位延迟项θ也即是表征载波相位延迟的参数，而调制深度C也即是表征调制深度的参数。
相对于目前传统的PGC-DCM解调方法和PGC-Arctan解调方法中常用以表达式表示干涉信号，本实施例中所采用的干涉信号表达式更全面的考量了各种不同干扰因素的影响，能够更准确的表征该干涉信号。
可以理解的是，将干涉式传感器所输出的干涉信号表示为上述干涉信号的表达式的形式，也即得到仅仅以作为唯一未知量的算式；基于该算式即可对/>进行求解运算；但显然在对/>的解调运算过程中，光强扰动的幅值m及其角频率ωn、载波相位延迟项θ、调制深度C等参数会直接影响/>的解调运算结果。为此，本申请中进一步地采用后续步骤消除上述三种不同干扰因素的影响。
S2：将干涉信号分别与正余弦载波的一倍频、二倍频、三倍频、四倍频信号混频后，通过低通滤波器滤波，获得滤波分量
其中，P1(t)、P2(t)、P3(t)、P4(t)、P5(t)、P6(t)、P7(t)、P8(t)分别为第一滤波分量、第二滤波分量、第三滤波分量、第四滤波分量、第五滤波分量、第六滤波分量、第七滤波分量、第八滤波分量；Jk(C)为第k阶贝塞尔函数系数，且k＝1，2，3，4；
可以理解的是，本步骤将干涉式传感器输出的干涉信号表示为干涉信号的表达式的形式，再分别与正余弦载波的一倍频、二倍频、三倍频、四倍频进行混频和滤波运算。显然，在进行混频滤波运算后，上述第一滤波分量至第八滤波分量中均不包含光强直流分量A，也即是说通过混频滤波运算，可以消除光强直流分量。
S3：将滤波分量中载波相位延迟相互正交的两项滤波分量进行平方相加后开根号运算，获得消除载波相位延迟项的运算分量
其中，Q1(t)、Q2(t)、Q3(t)、Q4(t)分别为第一运算分量、第二运算分量、第三运算分量、第四运算分量。
显然，再对各个滤波分量中载波相位延迟相互正交的两项分别进行平方相加后开根号的运算，可以消除载波相位延迟项θ。
S4：将第一运算分量和第三运算分量、第二运算分量和第四运算分量分别进行求和运算，并根据贝塞尔函数的递推性质，获得第一运算结果
和第二运算结果
第一运算分量和第三运算分量进行求和运算，可以获得第一运算结果
第二运算分量和第四运算分量进行求和运算，可以获得第二运算结果
根据贝塞尔函数的递推性质可知：
其中，k为常系数。
基于上述递推性质，即可确定出第一运算结果
和第二运算结果
S5：根据第一运算结果和第二运算结果的比值与第三运算分量和第二运算分量的比值进行乘积运算，获得消除光强扰动项之后的运算关系式其中，Z(t)为解调运算值。
将上述第一运算结果和第二运算结果进行比值运算，即可获得第一比值
在此基础上，再将第三运算分量和第二运算分量进行比值运算，即可获得第二比值
再将第一比值和第二比值进行乘积运算并乘以即可消除调节深度，获得运算关系式/>
基于上述步骤S2至S5，明显可知，本实施例中在对干涉信号进行解调运算之后，即可消除表征光强扰动、调制深度和载波相位延迟三种不同影响因素的参数，获得不包含上述三个影响因素的参数的运算关系式；由此基于该运算关系式进一步地的确定相位信号时，也就不受以上三种不同影响因素的影响。
S6：根据运算关系式，确定待测信号对应的相位信号。
可以理解的是，运算关系式中仅仅只有为唯一的未知量，由此直接对解调运算值Z(t)开根号后进行反正切运算，即可获得待测信号对应的相位信号。
进一步地考虑到基于上述运算关系式确定的相位信号的输出范围在/>之间，而光纤干涉式传感器实际工作时产生的相位变化远大于这个范围，会产生相位卷绕现象，故需要加入相位扩展单元，进行相位解卷绕来增加解调范围。
为此，在根据运算关系式，确定待测信号对应的相位信号之后，还可以进一步地包括：
判断相位信号是否超出解调范围；若是则对相位信号的大小进行π的增减，获得调整后的相位信号。
如图3所示，图3为本申请实施例提供的对于超出解调范围的相位进行补偿的流程示意图。该判断相位信号是否超出解调范围的过程可以包括：
判断当前时间点的相位信号和上一时间点的相位信号之间的差值绝对值是否大于π；
若是，则判断当前时间点的相位信号是否大于上一时间点的相位信号；
若是，则将相位信号减小π，获得调整后的相位信号；
若否，则将相位信号增大π，获得调整后的相位信号。
本实施例中采用循环方式实现对反正切运算输出结果的监测，当超过解调范围时，进行相位补偿。在一定程度上减少了解调误差，并且扩展了相位解调范围。
在解调确定出相位信号之后，可以进一步地进行高通滤波去除低频噪声，获得输出相位信号。
综上所述，本申请中利用载波调制信号的正弦余弦分量消除载波相位延迟的影响，利用载波调制信号的一至四倍频及除法器等相关运算消除调制深度漂移和光强扰动对于解调结果的影响，最终获得不包含以上三种影响因素的参数的运算关系式，由此基于该运算关系式即可进一步地确定出待测信号所引起的相位变化，因为最终的运算关系式中并不包含表征光强扰动、调制深度和载波相位延迟三种不同影响因素的参数，最终确定的相位信号也就完全不受以上三种干扰因素的影响，由此即可保证确定的待测信号对应的相位信号的准确性，进而在一定程度上提高干涉式光纤传感器的测量精度。
为了进一步地对本申请的干涉式光纤传感器的解调方法进行说明，在Matlab中对本申请中的干涉式光纤传感器的解调方法并进行仿真。设定待测相位信号为幅度6rad、频率1000Hz的余弦信号，采样频率为16MHz，载波调制信号频率为1MHz，光强直流分量为1，交流分量为1，FIR低通滤波器通带截止频率为350000Hz，阻带截止频率为650000Hz，通带波纹为0.0001，阻带波纹为120。
首先，设定不同调制深度(令调制深度分别为1.5、2.37、2.63、3.5)，待测信号以及解调结果如图4所示，图4为本申请中的解调方法在不同调制深度下的解调结果的坐标示意图，本申请中的解调方法获得的解调结果与待测信号仅存在时延效应，幅度上基本一致，且调制深度的改变对解调结果无影响。
其次，设定载波相位延迟分别为10和100，探究其对本申请中的解调方法解调结果的影响，结果如图5所示，图5为本申请实施例中的干涉式光纤传感器的解调方法在不同载波相位延迟后的解调结果的坐标示意图，载波相位延迟后解调结果的幅值和频率与待测信号基本一致。
然后，分析光强扰动对解调结果的影响，设置不同光强幅度和频率扰动(分别设定光强扰动幅值为m为3、5，频率ωn为10、50)，结果如图6所示，图6为本申请实施例中的干涉式光纤传感器的解调方法在不同光强幅度和频率扰动下的解调结果的坐标示意图，可以看出光强扰动对解调结果无影响。因此可见，本申请中解调方法能够消除调制深度漂移、载波相位延迟以及光强扰动对于解调结果的影响，具有良好的解调稳定性。
另外，进一步地对范围扩展单元效果进行分析，以幅度为200、频率为1000的待测相位信号进行范围扩展单元效果分析。图7为本申请实施例中的干涉式光纤传感器的解调方法中加入范围扩展单元前后解调结果对比示意图，在范围扩展单元添加前，该方法只能解调出幅度内的信号，当超过这个范围，就会产生失真；添加范围扩展单元能够解决失真问题，恢复原始待测相位信号。
下面对本发明实施例提供的干涉式光纤传感器的解调系统进行介绍，下文描述的干涉式光纤传感器的解调系统与上文描述的干涉式光纤传感器的解调方法可相互对应参照。
图8为本发明实施例提供的干涉式光纤传感器的解调系统的结构框图，参照图8的干涉式光纤传感器的解调系统可以包括：
信号采集卡100，用于获得干涉式光纤传感器输出的干涉信号，且所述干涉信号表示为包含表征光强扰动、调制深度和载波相位延迟三种不同影响因素的参数的表达式其中，I(t)为所述干涉信号；A为光强直流分量，B为交流分量幅度，C为调制深度，ωc为载波调制信号的角频率，θ为载波相位延迟项，/>为待测信号对应的相位信号，t为所述待测信号对应的时间点序号，m为光强扰动的幅值，ωn为光强扰动的角频率；
混频运算器200，用于将所述干涉信号分别与正余弦载波的一倍频、二倍频、三倍频、四倍频信号进行混频运算。
可以理解的是，该混频运算器200可以包括8路运算器，具体可以包括正弦一倍频运算器，用于对干涉信号与正弦载波一倍频信号进行混频运算；余弦一倍频运算器，用于对干涉信号与余弦载波一倍频信号进行混频运算；正弦二倍频运算器，用于对干涉信号与正弦载波二倍频信号进行混频运算；余弦二倍频运算器，用于对干涉信号与余弦载波二倍频信号进行混频运算；正弦三倍频运算器，用于对干涉信号与正弦载波三倍频信号进行混频运算；余弦三倍频运算器，用于对干涉信号与余弦载波三倍频信号进行混频运算；正弦四倍频运算器，用于对干涉信号与正弦载波四倍频信号进行混频运算；余弦四倍频运算器，用于对干涉信号与余弦载波四倍频信号进行混频运算。
低通滤波器300，用于将混频运算的运算结果分别进行滤波，获得滤波分量其中，Jk(C)为第k阶贝塞尔函数系数，且k＝1，2，3，4；P1(t)、P2(t)、P3(t)、P4(t)、P5(t)、P6(t)、P7(t)、P8(t)分别为第一滤波分量、第二滤波分量、第三滤波分量、第四滤波分量、第五滤波分量、第六滤波分量、第七滤波分量、第八滤波分量。
和上述混频运算器200所包含的8路运算器相对应；低通滤波器也应当包含8路低通滤波器；具体可以包括：
和正弦一倍频运算器相连接的第一低频滤波器，用于对干涉信号与正弦载波一倍频信号混频运算结果进行低通滤波，获得第一滤波分量；
和余弦一倍频运算器相连接的第二低频滤波器，用于对干涉信号与余弦载波一倍频信号混频运算结果进行低通滤波，获得第二滤波分量；
和正弦二倍频运算器相连接的第三低频滤波器，用于对干涉信号与正弦载波二倍频信号混频运算结果进行低通滤波，获得第三滤波分量；
和余弦二倍频运算器相连接的第四低频滤波器，用于对干涉信号与余弦载波二倍频信号混频运算结果进行低通滤波，获得第四滤波分量；
和正弦三倍频运算器相连接的第五低频滤波器，用于对干涉信号与正弦载波三倍频信号混频运算结果进行低通滤波，获得第五滤波分量；
和余弦三倍频运算器相连接的第六低频滤波器，用于对干涉信号与余弦载波三倍频信号混频运算结果进行低通滤波，获得第六滤波分量；
和正弦四倍频运算器相连接的第七低频滤波器，用于对干涉信号与正弦载波四倍频信号混频运算结果进行低通滤波，获得第七滤波分量；
和余弦四倍频运算器相连接的第八低频滤波器，用于对干涉信号与余弦载波四倍频信号混频运算结果进行低通滤波，获得第八滤波分量。
平方相加开根号运算器400，用于将所述滤波分量中载波相位延迟相互正交的两项滤波分量进行平方相加后开根号运算，获得消除载波相位延迟项的运算分量其中，Q1(t)、Q2(t)、Q3(t)、Q4(t)分别为第一运算分量、第二运算分量、第三运算分量、第四运算分量。
该平方相加开根号运算器400具体可以包括平方运算器、求和运算器以及开根号运算器；
具体地，平方运算器具体可以包括：
和第一低通滤波器相连接的第一平方运算器，用于对第一滤波分量进行平方运算；和第二低通滤波器相连接的第二平方运算器，用于对第二滤波分量进行平方运算；和第三低通滤波器相连接的第三平方运算器，用于对第三滤波分量进行平方运算；和第四低通滤波器相连接的第四平方运算器，用于对第四滤波分量进行平方运算；和第五低通滤波器相连接的第五平方运算器，用于对第五滤波分量进行平方运算；和第六低通滤波器相连接的第六平方运算器，用于对第六滤波分量进行平方运算；和第七低通滤波器相连接的第七平方运算器，用于对第七滤波分量进行平方运算；和第八低通滤波器相连接的第八平方运算器，用于对第八滤波分量进行平方运算。
求和运算器具体可以包括：
和第一平方运算器以及第二平方运算器相连接的第一求和运算器，用于将第一平方运算器和第二平方运算器的运算输出量进行求和运算；和第三平方运算器以及第四平方运算器相连接的第二求和运算器，用于将第三平方运算器和第四平方运算器的运算输出量进行求和运算；和第五平方运算器以及第六平方运算器相连接的第三求和运算器，用于将第五平方运算器和第六平方运算器的运算输出量进行求和运算；和第七平方运算器以及第八平方运算器相连接的第四求和运算器，用于将第七平方运算器和第八平方运算器的运算输出量进行求和运算。
开根号运算器具体包括：
和第一求和运算器相连接的第一开根号运算器，用于对第一求和运算器的运算结果进行开根号运算，获得第一运算分量；和第二求和运算器相连接的第二开根号运算器，用于对第二求和运算器的运算结果进行开根号运算，获得第二运算分量；和第三求和运算器相连接的第三开根号运算器，用于对第三求和运算器的运算结果进行开根号运算，获得第三运算分量；和第四求和运算器相连接的第四开根号运算器，用于对第四求和运算器的运算结果进行开根号运算，获得第四运算分量。
分量求和运算器500，用于将所述第一运算分量和所述第三运算分量、所述第二运算分量和所述第四运算分量分别进行求和运算，并根据贝塞尔函数的递推性质，获得第一运算结果和第二运算结果
除法器600，用于将所述第一运算结果和所述第二运算结果、所述第三运算分量和第二运算分量分别进行比值运算；
乘法器700，用于将所述第一运算结果和所述第二运算结果比值运算的结果，与所述第三运算分量和第二运算分量分别进行比值运算的结果进行乘积运算，获得消除调制深度相关项和光强扰动项之后的运算关系式
相位信号运算器800，用于根据所述运算关系式，确定待测信号对应的相位信号。
相位信号运算器800具体包括：相位信号开根号运算器和反正切运算器；
相位信号开根号运算器用于对运算关系式中的解调运算值进行开根号运算；
反正切运算器用于对解调运算值开根号运算后的结果进行反正切运算，即可输出待测信号对应的相位信号。
在本申请的一种可选地实施例中，所述相位信号运算器800还用于判断所述相位信号是否超出解调范围；若是则对所述相位信号的大小进行π的增减，获得调整后的相位信号。
在本申请的一种可选地实施例中，所述相位信号运算器800具体用于判断当前时间点的相位信号和上一时间点的相位信号之间的差值绝对值是否大于π；若是，则判断当前时间点的所述相位信号是否大于上一时间点的所述相位信号；若是，则将所述相位信号减小π，获得调整后的所述相位信号；若否，则将所述相位信号增大π，获得调整后的所述相位信号。
本实施例的干涉式光纤传感器的解调系统用于实现前述的干涉式光纤传感器的解调方法，因此干涉式光纤传感器的解调系统中的具体实施方式可见前文中的干涉式光纤传感器的解调方法的实施例部分，在此不再赘述。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种干涉式光纤传感器的解调方法，其特征在于，包括：
获得干涉式光纤传感器输出的干涉信号，且所述干涉信号表示为包含表征光强扰动、调制深度和载波相位延迟三种不同影响因素的参数的表达式其中，I(t)为所述干涉信号；A为光强直流分量，B为交流分量幅度，C为调制深度，ωc为载波调制信号的角频率，θ为载波相位延迟项，/>为待测信号对应的相位信号，t为所述待测信号对应的时间点序号，m为光强扰动的幅值，ωn为光强扰动的角频率；
将所述干涉信号分别与正余弦载波的一倍频、二倍频、三倍频、四倍频信号混频后，通过低通滤波器滤波，获得滤波分量其中，P1(t)、P2(t)、P3(t)、P4(t)、P5(t)、P6(t)、P7(t)、P8(t)分别为第一滤波分量、第二滤波分量、第三滤波分量、第四滤波分量、第五滤波分量、第六滤波分量、第七滤波分量、第八滤波分量；Jk(C)为第k阶贝塞尔函数系数，且k＝1，2，3，4；
将所述滤波分量中载波相位延迟相互正交的两项滤波分量进行平方相加后开根号运算，获得消除载波相位延迟项的运算分量其中，Q1(t)、Q2(t)、Q3(t)、Q4(t)分别为第一运算分量、第二运算分量、第三运算分量、第四运算分量；
将所述第一运算分量和所述第三运算分量、所述第二运算分量和所述第四运算分量分别进行求和运算，并根据贝塞尔函数的递推性质，获得第一运算结果和第二运算结果
根据所述第一运算结果和所述第二运算结果的比值与所述第三运算分量和第二运算分量的比值进行乘积运算，获得消除调制深度相关项和光强扰动项之后的运算关系式其中，Z(t)为解调运算值；
根据所述运算关系式，确定待测信号对应的相位信号。
2.如权利要求1所述的干涉式光纤传感器的解调方法，其特征在于，根据所述运算关系式，确定待测信号对应的相位信号之后，还包括：
判断所述相位信号是否超出解调范围；若是，则对所述相位信号的大小进行π的增减，获得调整后的相位信号。
3.如权利要求2所述的干涉式光纤传感器的解调方法，其特征在于，判断所述相位信号是否超出解调范围；若是，则对所述相位信号的大小进行π的增减，获得调整后的相位信号，包括：
判断当前时间点的相位信号和上一时间点的相位信号之间的差值绝对值是否大于π；
若是，则判断当前时间点的所述相位信号是否大于上一时间点的所述相位信号；
若是，则将所述相位信号减小π，获得调整后的所述相位信号；
若否，则将所述相位信号增大π，获得调整后的所述相位信号。
4.一种干涉式光纤传感器的解调系统，其特征在于，包括：
信号采集卡，用于获得干涉式光纤传感器输出的干涉信号，且所述干涉信号表示为包含表征光强扰动、调制深度和载波相位延迟三种不同影响因素的参数的表达式其中，I(t)为所述干涉信号；A为光强直流分量，B为交流分量幅度，C为调制深度，ωc为载波调制信号的角频率，θ为载波相位延迟项，/>为待测信号对应的相位信号，t为所述待测信号对应的时间点序号，m为光强扰动的幅值，ωn为光强扰动的角频率；
混频运算器，用于将所述干涉信号分别与正余弦载波的一倍频、二倍频、三倍频、四倍频信号进行混频运算；
低通滤波器，用于将混频运算的运算结果分别进行滤波，获得滤波分量其中，Jk(C)为第k阶贝塞尔函数系数，且k＝1，2，3，4；P1(t)、P2(t)、P3(t)、P4(t)、P5(t)、P6(t)、P7(t)、P8(t)分别为第一滤波分量、第二滤波分量、第三滤波分量、第四滤波分量、第五滤波分量、第六滤波分量、第七滤波分量、第八滤波分量；
平方相加开根号运算器，用于将所述滤波分量中载波相位延迟相互正交的两项滤波分量进行平方相加后开根号运算，获得消除载波相位延迟项的运算分量其中，Q1(t)、Q2(t)、Q3(t)、Q4(t)分别为第一运算分量、第二运算分量、第三运算分量、第四运算分量；
分量求和运算器，用于将所述第一运算分量和所述第三运算分量、所述第二运算分量和所述第四运算分量分别进行求和运算，并根据贝塞尔函数的递推性质，获得第一运算结果和第二运算结果
除法器，用于将所述第一运算结果和所述第二运算结果、所述第三运算分量和第二运算分量分别进行比值运算；
乘法器，用于将所述第一运算结果和所述第二运算结果比值运算的结果，与所述第三运算分量和第二运算分量分别进行比值运算的结果进行乘积运算，获得消除调制深度相关项和光强扰动项之后的运算关系式
相位信号运算器，用于根据所述运算关系式，确定待测信号对应的相位信号。
5.如权利要求4所述的干涉式光纤传感器的解调系统，其特征在于，所述相位信号运算器还用于在根据所述运算关系式，确定待测信号对应的相位信号之后，判断所述相位信号是否超出解调范围；若是则对所述相位信号的大小进行π的增减，获得调整后的相位信号。
6.如权利要求5所述的干涉式光纤传感器的解调系统，其特征在于，所述相位信号运算器具体用于判断当前时间点的相位信号和上一时间点的相位信号之间的差值绝对值是否大于π；若是，则判断当前时间点的所述相位信号是否大于上一时间点的所述相位信号；若是，则将所述相位信号减小π，获得调整后的所述相位信号；若否，则将所述相位信号增大π，获得调整后的所述相位信号。
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