基于阵列波导光栅和神经网络算法的Fabry-Perot干涉传感器解调系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及基于阵列波导光栅和神经网络算法的Fabry

【技术实现步骤摘要】
基于阵列波导光栅和神经网络算法的Fabry
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Perot干涉传感器解调系统及方法


[0001]本专利技术属于光纤传感器解调
，具体涉及一种基于阵列波导光栅和神经网络算法的新型Fabry
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Perot干涉传感器解调系统及方法。

技术介绍

[0002]光纤Fabry
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Perot干涉传感器由于其在测量精度、分辨率、稳定性和制备成本方面的显著优势被广泛应用于温度、压力、应力、生物传感和色散测量应用中。而针对Fabry
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Perot干涉传感器有效和可靠的解调则在其的实际应用中显得至关重要。
[0003]传统上，谱域白光干涉法被认为是解调Fabry
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Perot干涉传感器最直接有效的方法，该方法通过直接检测和分析Fabry
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Perot干涉传感器的反射光谱，测量光程差完成对Fabry
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Perot干涉传感器的解调。波长追踪法是最简单的光程差测量算法，它一般通过识别两相邻干涉峰的峰值波长完成光程差计算。尽管它可以高效完成Fabry
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Perot干涉传感器的解调，但是，这种方法存在三个明显的局限性：1、是商业化的光谱分析仪处理数据繁琐且不适合集成为仪表仪器，除此之外其价格高昂，并不适合在实际工程应用；2、Fabry
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Perot干涉仪反射光谱曲线呈正弦分布，以至于干涉峰的峰值位置难以被准确确定；3、要获得优越的解调精度，先进的算法必不可少，然而这些算法的复杂性较高，对计算成本提出了较高的要求，且存在较低的解调可重复性，在重复解调过程中会出现稳定性和解调精度的损耗。
[0004]因此，如何提供一种低成本、高稳定、高精度的Fabry
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Perot干涉传感器解调方式成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决
技术介绍
中所提出的问题，而提供基于阵列波导光栅和神经网络算法的Fabry
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Perot干涉传感器解调系统及方法，具有成本低、高稳定、高精度和高分辨率的优势。
[0006]本专利技术的目的是这样实现的：一种基于阵列波导光栅和神经网络算法的新型Fabry
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Perot干涉传感器解调系统，包括自发辐射光源、光环形器、Fabry
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Perot干涉传感器、2*2耦合器、光谱分析仪、阵列波导光栅、多通道微机电系统光开关、光功率计、驱动电路模块阵列、数据处理模块和数据输出模块；所述的Fabry
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Perot干涉传感器包括有第一次解调和第二次解调两次解调过程，所述的第一次解调获得Farby
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Perot干涉传感器的反射光在阵列波导光栅各通道中的透射光强度，所述的第二次解调利用神经网络模型获得指定在监测波长范围内Fabry
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Perot干涉传感器的各干涉峰的峰值波长与传感器有效空腔长度；所述的自发辐射光源与光环形器的输入端连接，所述自发辐射光源用于在所述的第一次解调中输出宽带光；所述Fabry
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Perot干涉传感器用于产生Fabry
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Perot干涉反射干涉谱；
所述光环形器的输入输出端与所述Fabry
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Perot干涉传感器连接，所述光环形器的输出端与所述2*2耦合器的输入端连接，所述光纤环形器用于将所述的第一次解调过程中自发辐射光源输出的的宽带光输入至Fabry
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Perot干涉传感器以形成反射干涉谱后输入到所述2*2耦合器中；所述2*2耦合器的第一输出端与所述阵列波导光栅的输入端连接，所述2*2耦合器的第二输出端与所述光谱分析仪的输入端连接，所述2*2耦合器用于将所述第一次解调中源于Fabry
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Perot干涉传感器的反射光分为两路，其中一路作为参考谱输出到光谱分析仪，另一路进入阵列波导光栅中；所述光谱分析仪用于直接检测和分析所述Fabry
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Perot干涉传感器的光谱，为所述的第二次解调提供参考；所述阵列波导光栅的N个输出端与所述多通道微机电系统光开关的N个输入端对应连接，所述阵列波导光栅用于将所述第一次解调中来源于所述2*2耦合器的第一输出端的Fabry
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Perot干涉传感器反射光波分解复用至其下N个通道输出端中，将所述Fabry
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Perot干涉传感器反射干涉谱转换为在所述阵列波导光栅N个通道中的透射光强度；所述多通道微机电系统光开关的输出端与所述光功率计输入端相连，所述多通道微机电系统光开关用于控制所述阵列波导光栅下N个输出通道的光通行情况；所述光功率计的输出端和数据处理模块的输入端相连，所述光功率计用于获取来源于所述Fabry
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Perot干涉传感器的反射光在所述阵列波导光栅N个输出通道下的透射光强度；所述驱动电路模块阵列的输出端和所述多通道光开关的输入引脚和数据处理模块的输入引脚相连，用于向它们供电以实现控制功能；所述数据处理模块与所述输出模块连接，所述数据处理模块用于在所述第一次解调过程中获取所述Fabry
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Perot干涉传感器在所述阵列波导光栅各输出通道下的透射光强度以形成数据集，并将所述数据集进行处理以进行第二次解调，以及用于在所述第二次解调过程中将所述反射谱信号进行解调得到所述Fabry
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Perot干涉传感器的多个干涉峰的峰值波长以及其有效空腔长度；所述数据输出模块输出所述Farby
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Perot干涉传感器的解调结果，包括干涉峰的峰值波长和有效空腔长度。
[0007]优选的，所述自发辐射光源输出的波长范围为C波段。
[0008]优选的，所述光环形器为1*2光环形器，所述1*2光环形器的第一输出端与所述Fabry
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Perot干涉传感器连接，所述1*2光环形器的第二输出端与所述2*2耦合器的输入端连接，所述2*2耦合器用于将在第一次解调过程中的Fabry
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Perot干涉传感器的反射光分为两路，其中一路作为参考谱输出到光谱分析仪，另一路分配到阵列波导光栅。
[0009]优选的，所述2*2耦合器的分光比为50％：50％，其中50％的激光作为参考谱输出到所述光谱分析仪，50％的激光分配到所述阵列波导光栅。
[0010]优选的，所述阵列波导光栅上共有40个输出通道，每个通道均独立存在和使用。
[0011]优选的，所述驱动电路模块阵列包括FPGA驱动电路和Arduino驱动电路。
[0012]优选的，所述数据处理模块上部署了神经网络算法模型，用于接收所述第一次解调过程中源于所述光功率计中的所述透射光强度信息，后进入所述第二次解调过程完成对
所述Fabry
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Perot干涉传感器在指定波长范围内的各干涉峰的峰值波长解调和有效腔长解调。
[0013]一种基于阵列波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于阵列波导光栅和神经网络算法的Fabry
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Perot干涉传感器解调系统，其特征在于：包括自发辐射光源(1)、光环形器(2)、Fabry
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Perot干涉传感器(3)、2*2耦合器(4)、光谱分析仪(5)、阵列波导光栅(6)、多通道微机电系统光开关(7)、光功率计(8)、驱动电路模块阵列(9)、数据处理模块(10)和数据输出模块(11)；所述的Fabry
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Perot干涉传感器(3)每次的解调包括有第一次解调和第二次解调两次解调过程，所述的第一次解调获得Farby
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Perot干涉传感器的反射光在阵列波导光栅(6)各通道中的透射光强度，所述的第二次解调利用神经网络模型获得指定在监测波长范围内Fabry
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Perot干涉传感器(3)的各干涉峰的峰值波长与传感器有效空腔长度；所述的自发辐射光源(1)与光环形器(2)的输入端连接，所述自发辐射光源(1)用于在所述的第一次解调中输出宽带光；所述Fabry
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Perot干涉传感器(3)用于产生Fabry
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Perot干涉反射干涉谱；所述光环形器(2)的输入输出端与所述Fabry
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Perot干涉传感器(3)连接，所述光环形器(2)的输出端与所述2*2耦合器(4)的输入端连接，所述光纤环形器用于将所述的第一次解调过程中自发辐射光源(1)输出的的宽带光输入至Fabry
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Perot干涉传感器(3)以形成反射干涉谱后输入到所述2*2耦合器(4)中；所述2*2耦合器(4)的第一输出端与所述阵列波导光栅(6)的输入端连接，所述2*2耦合器(4)的第二输出端与所述光谱分析仪(5)的输入端连接，所述2*2耦合器(4)用于将所述第一次解调中源于Fabry
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Perot干涉传感器(3)的反射光分为两路，其中一路作为参考谱输出到光谱分析仪(5)，另一路进入阵列波导光栅(6)中；所述光谱分析仪(5)用于直接检测和分析所述Fabry
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Perot干涉传感器(3)的光谱，为所述的第二次解调提供参考；所述阵列波导光栅(6)的N个输出端与所述多通道微机电系统光开关(7)的N个输入端对应连接，所述阵列波导光栅(6)用于将所述第一次解调中来源于所述2*2耦合器(4)的第一输出端的Fabry
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Perot干涉传感器(3)反射光波分解复用至其下N个通道输出端中，将所述Fabry
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Perot干涉传感器(3)反射干涉谱转换为在所述阵列波导光栅(6)N个通道中的透射光强度；所述多通道微机电系统光开关(7)的输出端与所述光功率计(8)输入端相连，所述多通道微机电系统光开关(7)用于控制所述阵列波导光栅(6)下N个输出通道的光通行情况；所述光功率计(8)的输出端和数据处理模块(10)的输入端相连，所述光功率计(8)用于获取来源于所述Fabry
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Perot干涉传感器(3)的反射光在所述阵列波导光栅(6)N个输出通道下的透射光强度；所述驱动电路模块阵列(9)的输出端和所述多通道光开关的输入引脚和数据处理模块(10)的输入引脚相连，用于向它们供电以实现控制功能；所述数据处理模块(10)与所述输出模块连接，所述数据处理模块(10)用于在所述第一次解调过程中获取所述Fabry
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Perot干涉传感器(3)在所述阵列波导光栅(6)各输出通道下的透射光强度以形成数据集，并将所述数据集进行处理以进行第二次解调，以及用于在所述第二次解调过程中将所述反射谱信号进行解调得到所述Fabry
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Perot干涉传感器(3)的多个干涉峰的峰值波长以及其有效空腔长度；所述数据输出模块(11)输出所述Farby
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Perot干涉传感器的解调结果，包括干涉峰的

【专利技术属性】
技术研发人员：王冠军，陈胜超，黄梦醒，任素芬，姚非凡，杨茜，杨建立，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：