法布里-珀罗腔测微压的解调方法、系统及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种法布里

【技术实现步骤摘要】
法布里
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珀罗腔测微压的解调方法、系统及装置


[0001]本专利技术涉及一种法布里
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珀罗腔测微压的解调方法、系统、装置、电子装置以及可存储介质，属于微压传感器领域。

技术介绍

[0002]医学领域，体内压力监测对于判断器官和组织损伤具有重要意义。光纤法布里
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珀罗微压传感器具有灵敏度高，抗电磁干扰，体积小等优点，可以实现多个医疗领域的精确医疗，例如，心血管供血能力评估等。光纤法布里
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珀罗微压传感器的性能取决于传感器的应用场景。根据《医用压力分析示范标准收集标准》，在心血管供血能力评估领域，在6.7kPa至40kPa范围内传感器的读数误差要求在
±
3％以内。因此，对微压传感器的解调精度要求高。干涉型光纤法布里
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珀罗微压传感器利用宽光谱携带更大信息量的特点，从而具有测量精度高、动态范围大的优势，是微压监测的理想手段之一。
[0003]干涉解调的关键是利用其宽光谱干涉信号求解光纤法布里
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珀罗腔的腔长，根据等效初相位的处理情况可分为两种解调类型，TYPE I和TYPE II解调。快速傅里叶变换(FFT)是TYPE I解调的常用方法，该方法通过FFT计算条纹数来确定光程差。这种基于直接频率估计的解调方法称为TYPE I解调。在此基础上还发展出Buneman频率估计、快速全相位法等方法，它们必须进行大数据量的计算才能有较高精度但提升幅度有限，其精度和分辨率仅限于百纳米，也限制了解调速度。TYPE II解调利用了已知的等效初相位，具有分辨率高，动态范围大，鲁棒性强的优点。但光纤法布里
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珀罗腔质量不高，使得等效初相位随腔长改变，且估计等效初相位需要严格的实验控制(稳定的控制，确定的初始阶段)，这使得等效初相位估计不够精确造成压力测量误差。这一技术缺陷始终制约着光纤法布里
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珀罗微压传感器解调精度。因此，提供一种具有高精度的微压解调方法以克服上述解调方法的缺陷成为一种必需。
[0004]以中国专利CN109520429为代表的现有技术，首先采用FFT得出一个粗腔长估计量L，随后在粗腔长前后设定模拟腔长的取值范围，设置步进腔长ΔL生成总数为K的模拟腔长序列{Li}，进而带入最大似然公式，最后最大值所对应的模拟腔长Li即为解调腔长。这种方法选择合适的步进腔长ΔL，精估计只需要在很小的一个腔长范围内完成，因此大幅提高了精估计中最大似然估计的速度，也就能实现高速高精度的解调。
[0005]但是，由于上述方法的非同步采样，会引起频谱泄漏和栅栏效应，所以只能观察到真实谱线附近的谱线，将该谱线用于粗腔长估计时也会有较大估计误差，在很大程度上影响解调的精度和时间；而且，上述方法没有考虑到法布里
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珀罗腔等效初相位对解调精度的影响；对于理想法布里
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珀罗腔等效初相位是一个固定值。而在多模光纤中，多模传输或是法布里
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珀罗腔质量不高导致光束发散、不平行都将使等效初相位随腔长变化。不精确的法布里
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珀罗腔等效初相位值会导致最大似然估计值所对应的模拟腔长与实际腔长偏差较大，降低解调精度。实际中，估计初相位需要严格的实验环境，需要具有稳定的控制和确定的初始阶段，这使得估计精确的等效初相位很困难；而且，FFT严格适用于平稳过程，而光谱
采集时压力变化、环境干扰引起法布里
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珀罗腔长变化导致大的测量误差。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种法布里
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珀罗腔测微压的解调方法、系统及装置，用于解决前述技术问题中的至少一个。
[0007]具体地，其技术方案如下：
[0008]一种法布里
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珀罗腔测微压的解调方法，包括：
[0009]设置参考压力；
[0010]获取所述参考压力下法布里
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珀罗腔对应的第一频谱；
[0011]获取第一特征值，在所述第一特征值的序列中选择第一新度量；
[0012]根据所述第一新度量与所述参考压力构建函数关系；
[0013]获取测量压力时法布里
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珀罗腔对应的第二频谱；
[0014]获取第二特征值，选择与所述第一新度量序列相同的所述第二特征值作为第二新度量；
[0015]根据所述第二新度量与所述函数关系得到解调后的压力测量值。
[0016]所述“获取所述参考压力下法布里
‑
珀罗腔对应的第一频谱”，包括：
[0017]通过以下公式，获得法布里
‑
珀罗腔在波数域中光源的干涉光谱：
[0018][0019]其中，I0是光光源的功率，γ是边缘可见度，L是法布里
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珀罗腔的光程长度，等效初始相位，k波数；是去除平均值和归一化后的交流分量。
[0020]所述“获取第一特征值，并选择第一新度量”，包括：
[0021]在不同的所述参考压力下，获得干涉光谱波长域中至少1个采样点的离散信号；
[0022]将干涉谱波长域转换到波数域，并利用快速傅里叶变换求解；
[0023]选取所述法布里
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珀罗腔所对应的频谱，并转化为Toeplitz矩阵；
[0024]对Toeplitz矩阵的特征值分解得到第一特征值序列并按降序排列；
[0025]选取高阶特征值对法布里
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珀罗腔长作为第一新度量。
[0026]所述“获取第二特征值，选择第二新度量”，包括：
[0027]采集所述测量压力对应的第二频谱；
[0028]获得所述第二频谱对应的干涉光谱波长域中至少1个采样点的离散信号；
[0029]将干涉谱波长域转换到波数域，并利用快速傅里叶变换求解；
[0030]选取所述法布里
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珀罗腔所对应的频谱，并转化为Toeplitz矩阵；
[0031]对Toeplitz矩阵的特征值分解得到第二特征值序列并按降序排列；
[0032]选取高阶特征值对法布里
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珀罗腔长作为第二新度量。
[0033]一种法布里
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珀罗腔测微压的解调系统，包括：
[0034]采集模块，用于采集外界的参考压力；
[0035]处理模块，与所述采集模块进行数据交互，用于获取所述参考压力并利用所述参考压力获得第一新度量，以构建所述参考压力与所述第一新度量的函数关系；
[0036]解调模块，与所述处理模块进行数据交互，用于获取所述第一新度量的函数关系；
[0037]所述处理模块与所述采集模块进行数据交互，用于获取所述测量压力对应的第二新度量；
[0038]所述解调模块与所述处理模块进行数据交互，用于获取所述第二新度量，并根据所述参考压力与所述第一新度量的函数关系，获得所述测量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种法布里
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珀罗腔测微压的解调方法，其特征在于，包括：设置参考压力；获取所述参考压力下法布里
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珀罗腔对应的第一频谱；获取第一特征值，在所述第一特征值的序列中选择第一新度量；根据所述第一新度量与所述参考压力构建函数关系；获取测量压力时法布里
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珀罗腔对应的第二频谱；获取第二特征值，选择与所述第一新度量序列相同的所述第二特征值作为第二新度量；根据所述第二新度量与所述函数关系得到解调后的压力测量值。2.根据权利要求1所述的一种法布里
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珀罗腔测微压的解调方法，其特征在于，所述“获取所述参考压力下法布里
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珀罗腔对应的第一频谱”，包括：通过以下公式，获得法布里
‑
珀罗腔在波数域中光源的干涉光谱：其中，I0是光光源的功率，γ是边缘可见度，L是法布里
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珀罗腔的光程长度，等效初始相位，k波数；是去除平均值和归一化后的交流分量。3.根据权利要求1所述的一种法布里
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珀罗腔测微压的解调方法，其特征在于，所述“获取第一特征值，并选择第一新度量”，包括：在不同的所述参考压力下，获得干涉光谱波长域中至少1个采样点的离散信号；将干涉谱波长域转换到波数域，并利用快速傅里叶变换求解；选取所述法布里
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珀罗腔所对应的频谱，并转化为Toeplitz矩阵；对Toeplitz矩阵的特征值分解得到第一特征值序列并按降序排列；选取高阶特征值对法布里
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珀罗腔长作为第一新度量。4.根据权利要求1所述的一种法布里
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珀罗腔测微压的解调方法，其特征在于，所述“获取第二特征值，选择第二新度量”，包括：采集所述测量压力对应的第二频谱；获得所述第二频谱对应的干涉光谱波长域中至少1个采样点的离散信号；将干涉谱波长域转换到波数域，并利用快速傅里叶变换求解；选取所述法布里
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珀罗腔所对应的频谱，并转化为Toeplitz矩阵；对Toeplitz矩阵的特征值分解得到第二特征值序列并按降序排列；选取高阶特征值对法布里
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珀罗腔长作为第二新度量。5.一种法布里
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珀罗腔测微压的解调系统，其特征在于，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：董玉明，刘维，杨天宇，石云杰，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：