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      在干涉型傳感系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒把b置制造方法

      文檔序號(hào):6167545閱讀:272來(lái)源:國(guó)知局
      在干涉型傳感系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒把b置制造方法
      【專利摘要】光學(xué)解調(diào)系統(tǒng)例如基于OFDR的系統(tǒng)測(cè)量經(jīng)受時(shí)變干擾的傳感光波導(dǎo)的折射率的局部變化。為一定長(zhǎng)度的傳感光波導(dǎo)檢測(cè)的干涉測(cè)量信號(hào)被變換到譜域。從變換的干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集確定時(shí)變信號(hào)。從時(shí)變信號(hào)確定補(bǔ)償信號(hào),該補(bǔ)償信號(hào)用于為干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集補(bǔ)償時(shí)變干擾。通過使用求平均和應(yīng)變補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的魯棒性。該補(bǔ)償技術(shù)可以沿光波導(dǎo)的長(zhǎng)度被應(yīng)用。
      【專利說(shuō)明】在干涉型傳感系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒把b置
      [0001] 本申請(qǐng)要求2011年12月5日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/566, 860和2012 年3月23日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/614, 662的優(yōu)先權(quán),這些申請(qǐng)的內(nèi)容通過 引用并入本文。

      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0002] 本發(fā)明涉及干涉型傳感應(yīng)用。一種示例應(yīng)用為光頻域反射計(jì)(0FDR)傳感應(yīng)用。

      【背景技術(shù)】
      [0003] 光頻域反射計(jì)(0FDR)已經(jīng)證明是在光纖中以高空間分辨率來(lái)測(cè)量應(yīng)變的有效系 統(tǒng)。例如,參見美國(guó)專利6545760、6566648、5798521和7538883。該高分辨率性能已經(jīng)被 證明在形狀傳感應(yīng)用中非常有用。例如,參見美國(guó)專利777254U7781724和美國(guó)專利申請(qǐng) 20110109898。在美國(guó)專利申請(qǐng)20110247427中描述了在單芯光纖中的簡(jiǎn)單的應(yīng)變傳感應(yīng) 用。
      [0004] 0FDR通過在激光調(diào)諧的寬頻率范圍內(nèi)獲取數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)高空間分辨率。在大多數(shù)應(yīng) 用中,該調(diào)諧隨著激光在一定頻率范圍內(nèi)進(jìn)行掃頻而發(fā)生。在使用該技術(shù)時(shí),假設(shè)在掃頻的 時(shí)間期間測(cè)試光纖是靜態(tài)的或者無(wú)變化的。然而,如果在激光掃頻的時(shí)間期間正在被測(cè)量 的系統(tǒng)發(fā)生變化,那么所得到的測(cè)量結(jié)果可能質(zhì)量降低。此類改變可以歸因于測(cè)試光纖的 移動(dòng)或者連接測(cè)試光纖與儀器的光纖引線的移動(dòng)。在存在時(shí)變變化里實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的測(cè)量 將是可取的。


      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0005] 示例的實(shí)施例包括用于測(cè)量經(jīng)受時(shí)變干擾的傳感光波導(dǎo)的參數(shù)的方法及光學(xué)解 調(diào)/詢問(interrogation)系統(tǒng)。示例的時(shí)變干擾是傳感光波導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)。光學(xué)解調(diào)系統(tǒng)包 括光學(xué)干涉解調(diào)器和光學(xué)檢測(cè)電路,該光學(xué)檢測(cè)電路耦合到光學(xué)干涉解調(diào)器,用于為一定 長(zhǎng)度的傳感光波導(dǎo)檢測(cè)光學(xué)干涉測(cè)量信號(hào)。數(shù)據(jù)處理電路接收來(lái)自光學(xué)檢測(cè)電路的干涉測(cè) 量信號(hào),并且產(chǎn)生該一定長(zhǎng)度的傳感光波導(dǎo)的干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集。該干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集被變換 到譜域,并且從變換的干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集確定時(shí)變信號(hào)。補(bǔ)償信號(hào)從時(shí)變信號(hào)確定,并且該補(bǔ) 償信號(hào)被用于為干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集補(bǔ)償時(shí)域干擾,以提高參數(shù)的測(cè)量。
      [0006] 在一個(gè)示例實(shí)施方式中,光學(xué)解調(diào)系統(tǒng)是基于光頻域反射的系統(tǒng),該系統(tǒng)包括解 調(diào)光源,并且其中光學(xué)干涉測(cè)量信號(hào)表示沿傳感光波導(dǎo)作為時(shí)間的函數(shù)的背散射幅度。
      [0007] 在非限制實(shí)施例中,處理電路通過將干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集與干涉參考數(shù)據(jù)集進(jìn)行比較 來(lái)確定時(shí)變信號(hào)。為干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集中的反射事件確定干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集,并且接收到的干 涉數(shù)據(jù)在反射事件周圍被加窗。時(shí)變信號(hào)可以是相位信號(hào),在此情況下,數(shù)據(jù)處理電路被配 置成通過展開(unwrap)相位信號(hào)而從變換的干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集中提取相位信號(hào),并且通過 從展開的相位信號(hào)去除線性擬合確定描述對(duì)傳感器的干擾的非線性信號(hào)。在該示例中,非 線性信號(hào)是補(bǔ)償信號(hào)。然后,數(shù)據(jù)處理電路可以從干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集減去非線性信號(hào),以便為 干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集補(bǔ)償時(shí)變干擾。
      [0008] 在另外的示例的實(shí)施例中,時(shí)變信號(hào)是相位信號(hào),數(shù)據(jù)處理電路被配置成通過與 譜域中的基線數(shù)據(jù)比較而從譜域中的變換的干涉測(cè)量數(shù)據(jù)中提取相位信號(hào)。
      [0009] 在其他的示例實(shí)施例中,數(shù)據(jù)處理電路被配置成:將干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集分為多個(gè)測(cè) 量數(shù)據(jù)段;變換每個(gè)段;將變換的測(cè)量段的多個(gè)與對(duì)應(yīng)的參考譜數(shù)據(jù)段結(jié)合;對(duì)結(jié)合的段 求平均;從平均的段中確定相位響應(yīng);以及基于相位響應(yīng)確定時(shí)變信號(hào)。此外,數(shù)據(jù)處理電 路可以被配置成確定施加于測(cè)量數(shù)據(jù)段的應(yīng)變,其中該應(yīng)變表明在相鄰的測(cè)量數(shù)據(jù)段的響 應(yīng)之間的未對(duì)準(zhǔn)的量,并且使用測(cè)量的應(yīng)變來(lái)對(duì)準(zhǔn)譜域中的測(cè)量數(shù)據(jù)段的響應(yīng)。
      [0010] 在另外的示例實(shí)施例中,數(shù)據(jù)處理電路被配置成比較譜域中的每個(gè)數(shù)據(jù)段與對(duì)應(yīng) 的參考數(shù)據(jù)段;確定時(shí)間延遲,該時(shí)間延遲表明在時(shí)域中的參考數(shù)據(jù)段與數(shù)據(jù)段之間的未 對(duì)準(zhǔn)的量;以及使用測(cè)量的時(shí)間延遲對(duì)準(zhǔn)時(shí)域中的參考數(shù)據(jù)段和數(shù)據(jù)段。
      [0011] 在傳感光波導(dǎo)為光纖的示例中,其中數(shù)據(jù)處理電路可以被配置成為干涉測(cè)量數(shù)據(jù) 集補(bǔ)償在光纖上的應(yīng)變。
      [0012] 在優(yōu)選的但仍然為示例性的實(shí)施例中,數(shù)據(jù)處理電路被配置成確定沿著傳感光波 導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)、時(shí)間延遲以及應(yīng)變,并且補(bǔ)償沿著傳感光波導(dǎo)的累積運(yùn)動(dòng)、時(shí)間不對(duì)準(zhǔn)以及應(yīng) 變。

      【專利附圖】

      【附圖說(shuō)明】
      [0013] 圖1是基于光頻域反射計(jì)(0FDR)的傳感系統(tǒng)的非限制示例,其中傳感器經(jīng)歷時(shí)變 干擾。
      [0014] 圖2使用0FDR系統(tǒng)的非限制的、示例的分布式測(cè)量過程的流程圖。
      [0015] 圖3是使用0FDR測(cè)量的理想的單反射峰的理論幅度與光學(xué)延遲的圖。
      [0016] 圖4是被展開(unwrapped)后的顯示線性相位響應(yīng)的圖3所示的相位的圖。
      [0017] 圖5是來(lái)自單個(gè)反射器的幅度與延遲的圖,在單個(gè)反射器中在獲取掃頻期間相位 已因一些時(shí)變變化而產(chǎn)生失真。
      [0018] 圖6是圖5所示的失真峰的相位與光頻的圖。
      [0019] 圖7是示出在點(diǎn)A處測(cè)量的校正能夠?yàn)樗泻罄m(xù)點(diǎn)校正在測(cè)量點(diǎn)A和儀器之間的 受干擾的非限制性示例圖。
      [0020] 圖8是來(lái)自兩個(gè)反射事件的幅度與延遲的圖,在兩個(gè)反射事件中兩個(gè)峰在光頻域 中都因一些時(shí)變相位而發(fā)生失真。
      [0021] 圖9是在圖8中索引50處反射峰的周圍加窗的圖。
      [0022] 圖10示出在圖9中僅描述第一反射峰的信息的窗口。
      [0023] 圖11描繪了從圖10中的加窗數(shù)據(jù)的傅里葉變換計(jì)算的相位失真。
      [0024] 圖12是以灰色描繪在延遲域中的原始的失真的反射峰以及以黑色描繪數(shù)據(jù)已通 過使用相位校正而被校正的峰的圖表。
      [0025] 圖13是在0FDR測(cè)量中用于提取和隨后校正時(shí)變信號(hào)的非限制性示例過程的流程 圖。
      [0026] 圖14是用于在參考0FDR數(shù)據(jù)集和測(cè)量0FDR數(shù)據(jù)集之間的譜域中提取時(shí)變相位 響應(yīng)和對(duì)其求平均的非限制的示例過程的流程圖。
      [0027] 圖15圖示模擬散射幅度與延遲的示例的圖。
      [0028] 圖16圖示被施加到散射數(shù)據(jù)的示例的相位失真的圖。
      [0029] 圖17是以黑色跡線示出原始的散射幅度與散射模式的延遲以及以灰色跡線示出 在頻率域中已因圖16的相位失真而產(chǎn)生失真之后的散射幅度的圖。
      [0030] 圖18是從散射模式的單個(gè)延遲域段計(jì)算的譜相位失真的圖。
      [0031] 圖19是與施加的相位失真(灰色)相比較通過對(duì)譜域中每個(gè)段的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)求平 均而計(jì)算出的相位失真與頻率的圖。
      [0032] 圖20將插值計(jì)算的相位失真與原始的施加的相位失真進(jìn)行對(duì)比。
      [0033] 圖21示出了原始的散射模式和校正的散射模式的幅度。
      [0034] 圖22描繪了施加于光纖引線的4種不同振動(dòng)的相位失真與光頻。
      [0035] 圖23描繪了在具有和不具有振動(dòng)校正的情況下以300HZ振動(dòng)光纖之后沿傳感光 纖所計(jì)算的應(yīng)變。
      [0036] 圖24描繪了將光纖覆蓋在電風(fēng)扇上的情況下沿傳感光纖所計(jì)算的應(yīng)變。
      [0037] 圖25描繪了作為一定長(zhǎng)度的無(wú)應(yīng)變的光纖的波長(zhǎng)的函數(shù)為多個(gè)部分所計(jì)算的失 真。
      [0038] 圖26示出與原始施加的相位失真相比較通過對(duì)圖30中所示的數(shù)據(jù)求平均而計(jì)算 的相位失真。
      [0039] 圖27示出作為一定長(zhǎng)度的應(yīng)變的光纖的波長(zhǎng)的函數(shù)為多個(gè)部分所計(jì)算的相位失 真。
      [0040] 圖28示出作為一定長(zhǎng)度的應(yīng)變的光纖的波長(zhǎng)的函數(shù)為多個(gè)部分所計(jì)算的相位失 真,其中已為每段校正施加的應(yīng)變。
      [0041] 圖29是示出去除在用于提取運(yùn)動(dòng)校正信號(hào)的段上的均勻軸向應(yīng)變的作用的示例 步驟的流程圖。
      [0042] 圖30是相位與延遲的圖,其示出在延遲域中的參考與測(cè)量結(jié)果之間的復(fù)數(shù)相乘 的提取幅角(argument)如何提供由于施加到測(cè)量的應(yīng)變而產(chǎn)生的光延遲變化的測(cè)量。
      [0043] 圖31是相位與延遲的圖,其示出從參考和校正的測(cè)量結(jié)果之間的復(fù)數(shù)相乘的幅 角所提取的光學(xué)延遲響應(yīng)。
      [0044] 圖32圖示了示例性反饋過程,其可以沿著一定長(zhǎng)度的光纖執(zhí)行,其中為該一定長(zhǎng) 度的光纖校正在參考和測(cè)量段之間的累積的振動(dòng)、累積的應(yīng)變以及延遲失配。

      【具體實(shí)施方式】
      [0045] 下列描述出于解釋而非限制性目的提出具體細(xì)節(jié),諸如特定的實(shí)施例。但是本領(lǐng) 域技術(shù)人員將理解的是,偏離這些具體細(xì)節(jié)的其他的實(shí)施例可以被使用。在一些實(shí)例中, 眾所周知的方法、接口、電路和設(shè)備的詳細(xì)描述被省略,以便不會(huì)因不必要的細(xì)節(jié)而模糊本 說(shuō)明書。在一些附圖中,示出了獨(dú)立的塊。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解這些塊的功能可以通 過使用獨(dú)立的硬件電路、使用連同適合的可編程的數(shù)字微處理器或者通用計(jì)算機(jī)的軟件程 序和數(shù)據(jù)、和/或使用專用集成電路(ASIC)和/或使用一個(gè)或者更多個(gè)的數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP)而實(shí)現(xiàn)。軟件程序指令和數(shù)據(jù)可以被存儲(chǔ)在非暫時(shí)性的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上,并且 當(dāng)指令被計(jì)算機(jī)或者其他的適合的處理器控制執(zhí)行時(shí),計(jì)算機(jī)或者處理器執(zhí)行與這些指令 有關(guān)的功能。
      [0046] 因此,例如,本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解本文中的附圖能夠表現(xiàn)說(shuō)明性的電路或者其 他功能單元的概念上的視圖。同樣地,將被理解的是,任何流程圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、偽代碼等表 現(xiàn)了各種過程,這些過程可以大致被體現(xiàn)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)并且由此被計(jì)算機(jī)或者處理器 執(zhí)行,不管這些計(jì)算機(jī)或者處理器是否被明確的示出。
      [0047] 各種說(shuō)明的塊可以通過使用硬件諸如電路硬件和/或能夠執(zhí)行以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī) 可讀介質(zhì)中的編碼指令的方式的軟件的硬件而被提供。因此,這些功能和說(shuō)明的功能塊將 被理解為硬件實(shí)現(xiàn)的和/或計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的,以及機(jī)器實(shí)現(xiàn)的。
      [0048] 關(guān)于硬件實(shí)現(xiàn),功能塊可以包括或者包含但不限于數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)硬件、 精簡(jiǎn)指令集處理器、包括但不限于(多個(gè))專用集成電路(ASIC)和/或(多個(gè))現(xiàn)場(chǎng)可編 程門陣列(FPGA)的硬件(例如,數(shù)字或者模擬)電路以及(在適合的地方)能構(gòu)執(zhí)行這些 功能的狀態(tài)機(jī)。
      [0049] 關(guān)于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn),計(jì)算機(jī)一般被理解為包括一個(gè)或更多個(gè)的處理器或者一個(gè)或更 多個(gè)的控制器,并且術(shù)語(yǔ)計(jì)算機(jī)、處理器和控制器可以交換使用。當(dāng)由計(jì)算機(jī)、處理器或者 控制器提供功能時(shí),功能可以通過單個(gè)的專用計(jì)算機(jī)或者處理器或者控制器、通過單個(gè)的 共享的計(jì)算機(jī)或者處理器或者控制器,或者通過多個(gè)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)或者處理器或者控制器 (它們中一些可以是共享的或者分布式的)來(lái)提供。此外,術(shù)語(yǔ)"處理器"或者"控制器"也 指其他能夠執(zhí)行這些功能和/或執(zhí)行軟件的硬件,諸如上面列舉的示例的硬件。
      [0050] 在本應(yīng)用中的技術(shù)提供了用于補(bǔ)償傳感器運(yùn)動(dòng)的基于0FDR的方法和裝置。術(shù)語(yǔ) 傳感器包括基于0FDR的測(cè)量技術(shù)可以被應(yīng)用到其中的任何波導(dǎo)。使得0FDR測(cè)量發(fā)生失真 的時(shí)變信號(hào)包括傳感器的任何形式的運(yùn)動(dòng),其發(fā)生在時(shí)間量程上,可與0FDR測(cè)量相當(dāng)。振 動(dòng)是一種非限制的示例,而突然的移動(dòng)是另一個(gè)非限制性示例。在0FDR測(cè)量中,恒定的頻 率和幅度的振動(dòng)具有明顯的輪廓,而在0FDR測(cè)量期間試驗(yàn)臺(tái)的震動(dòng)具有不明確的輪廓。在 這兩種情況下,運(yùn)動(dòng)可能對(duì)于預(yù)期的測(cè)量的準(zhǔn)確度是不利的。因此,發(fā)明人意識(shí)到必須開發(fā) 一種方法來(lái)處理廣范范圍的運(yùn)動(dòng),在配置的傳感環(huán)境中其能夠被給定的傳感器感受到。術(shù) 語(yǔ)"運(yùn)動(dòng)"被用于包含0FDR測(cè)量期間改變傳感光纖的位置的任何類型的誤差源。
      [0051] 0FDR在執(zhí)行沿波導(dǎo)長(zhǎng)度的散射分布的高分辨率分布式測(cè)量時(shí)是高效的。在給定位 置處,沿波導(dǎo)的光的散射與局部的折射率有關(guān)??梢员容^兩種連續(xù)的測(cè)量以通過檢測(cè)散射 分布的變化來(lái)檢測(cè)沿波導(dǎo)長(zhǎng)度的折射率的局部變化。
      [0052] 圖1是0FDR系統(tǒng)20的非限制的示例的設(shè)置,該0FDR系統(tǒng)20被用于監(jiān)測(cè)沿光纖 傳感器10的長(zhǎng)度的折射率的局部變化,該光纖傳感器10在一個(gè)或更多個(gè)測(cè)量和/或傳感 應(yīng)用中是有用的。在一些應(yīng)用中,光纖傳感器起傳感器的作用,并且在其他的應(yīng)用中它可以 是待測(cè)設(shè)備(DUT)或者其他實(shí)體。所示的時(shí)變干擾或者運(yùn)動(dòng)12影響光纖10 (術(shù)語(yǔ)光纖出 于方便的目的被使用,但該技術(shù)適用于任何適合的波導(dǎo))的特定的位置??芍C調(diào)光源30在 光譜的范圍內(nèi)掃頻。該光通過光耦合器的使用被分開,并且發(fā)送到兩個(gè)單獨(dú)的干涉儀。第 一干涉儀用作干涉解調(diào)器(interferometric interrogator) 34,其被連接到傳感光纖10。 光通過干涉解調(diào)器34的測(cè)量臂進(jìn)入傳感光纖10。然后,沿光纖10長(zhǎng)度的散射光被沿干涉 解調(diào)器34的參考臂傳播的光干涉。激光監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)32內(nèi)的第二干涉儀在光源30掃描整個(gè) 頻率范圍時(shí)測(cè)量調(diào)諧率的波動(dòng)。該激光監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)32也包括氰化氫(HCN)氣體單元,其在整 個(gè)測(cè)量掃描中被用于提供絕對(duì)波長(zhǎng)參考。一系列的光學(xué)檢測(cè)器40將來(lái)自激光監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)32、 氣體單元HCN的檢測(cè)的光信號(hào),以及來(lái)自傳感光纖35的干涉模式轉(zhuǎn)換成用于數(shù)據(jù)獲取單元 36的電信號(hào)。數(shù)據(jù)處理器28使用來(lái)自數(shù)據(jù)獲取單元36的獲取的電信號(hào)以提取沿傳感器 10長(zhǎng)度的散射分布,如結(jié)合圖2更詳細(xì)解釋的。
      [0053] 圖2是使用0FDR系統(tǒng)的非限制性的示例分布式測(cè)量過程的流程圖。在步驟S1中, 可諧調(diào)的光源在光頻的范圍內(nèi)掃頻,并且經(jīng)由干涉解調(diào)器的測(cè)量臂導(dǎo)向到傳感器10中(步 驟S2)。沿傳感器10長(zhǎng)度的散射光與通過干涉解調(diào)器的參考路徑傳播的光干涉。為測(cè)量掃 頻提供絕對(duì)波長(zhǎng)參考(步驟S3),并且測(cè)量調(diào)諧率變化(步驟S4)。光學(xué)檢測(cè)器將檢測(cè)的光 信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)(步驟S5)以便由數(shù)據(jù)處理器28處理。傳感光纖的干涉模式通過使用 激光監(jiān)控信號(hào)被優(yōu)選地重新采樣,以保證檢測(cè)的信號(hào)以光頻的恒定增量被采樣(步驟S6)。 一旦被重新采樣,就執(zhí)行傅里葉變換以產(chǎn)生時(shí)域上的傳感器10散射信號(hào)。在時(shí)域中,散射 信號(hào)將散射事件的幅度描述成沿傳感器10長(zhǎng)度的延遲的函數(shù)(步驟S8)。使用光以給定的 時(shí)間增量傳播的距離,該延遲被轉(zhuǎn)換成沿傳感器10長(zhǎng)度的信號(hào)測(cè)量。也就是說(shuō),該信號(hào)將 每個(gè)散射事件描述成沿傳感器10的距離的函數(shù)。采樣周期被稱作空間分辨率,并且采樣周 期與測(cè)量期間可諧調(diào)的光源掃過的頻率范圍成反比。
      [0054] 由于傳感光纖10應(yīng)變,局部的散射隨著光纖在物理長(zhǎng)度上的變化而移位??梢宰C 明的是這些失真是高度地可重復(fù)的。因此,0FDR測(cè)量結(jié)果可以被保留在內(nèi)存中,用作在無(wú) 應(yīng)變狀態(tài)下的光纖的參考模式。隨后的測(cè)量結(jié)果可以與該參考模式進(jìn)行比較,以獲得沿傳 感光纖長(zhǎng)度的局部散射的延遲移位的測(cè)量。當(dāng)與參考散射模式比較時(shí),這種延遲的移位表 示為連續(xù)的、緩慢變化的光學(xué)相位信號(hào)。該光學(xué)相位信號(hào)的導(dǎo)數(shù)與傳感芯的物理長(zhǎng)度的變 化成正比。物理長(zhǎng)度的變化可以與應(yīng)變成比例,產(chǎn)生沿傳感光纖10的應(yīng)變的連續(xù)測(cè)量。
      [0055] 如上詳述的,在0FDR測(cè)量期間,隨著激光掃過光頻范圍,在參考路徑和測(cè)量路徑 之間的光學(xué)干涉被記錄。在系統(tǒng)的光學(xué)檢測(cè)器處所得的干涉模式包含關(guān)于從傳感光纖反射 的光的幅度和相位的信息。光的相位和幅度在激光掃頻期間作為時(shí)間的函數(shù)被記錄。系統(tǒng) 的基本假設(shè)是在解調(diào)/詢問(interrogation)下的干涉系統(tǒng)(包括傳感光纖10)在掃頻期 間不變,以及當(dāng)激光掃頻時(shí)作為光頻的函數(shù)的系統(tǒng)的相位和幅度響應(yīng)在時(shí)間上被編碼。因 此,如果激光頻率已知是時(shí)間的函數(shù),那么系統(tǒng)的相位和幅度響應(yīng)已知為激光波長(zhǎng)的函數(shù)。
      [0056] 但是如果系統(tǒng)在測(cè)量期間不是靜態(tài)的,那么測(cè)量會(huì)失真。例如,考慮當(dāng)激光隨時(shí)間 線性地掃頻時(shí)單個(gè)反射的響應(yīng)。單個(gè)反射事件導(dǎo)致檢測(cè)電子器件處的正弦干涉條紋。來(lái)自 單個(gè)反射器的干涉信號(hào)的傅里葉變換提供作為光延遲的函數(shù)的單個(gè)干凈峰。圖3描繪了使 用0FDR測(cè)量的理想的單個(gè)反射峰的理論上的幅度與光學(xué)延遲。
      [0057] 延遲中的反射的位置與譜域中相位斜率的大小成正比。進(jìn)一步,按照定義,在時(shí) 域中來(lái)自單個(gè)事件的理想反射在譜域中具有線性相位斜率。例如,圖4描繪了"展開的 (unwrapped)"譜域相位。展開(unwrapping)可以被認(rèn)為是隨著光沿著光纖移動(dòng),光學(xué)相位 增加。在復(fù)平面上,由于相位圍繞單位圓增加和移動(dòng),相位旋轉(zhuǎn)一周并且接下來(lái)繼續(xù)。展開 相位通過跟蹤完整旋轉(zhuǎn)的總數(shù)而有效地使旋轉(zhuǎn)的相位信號(hào)線性化,以獲得總的光學(xué)相位變 化的測(cè)量。
      [0058] 現(xiàn)考慮這種情況,其中在干涉儀中在事件的反射和光束重組之間的光學(xué)延遲改 變,即在激光掃頻時(shí)相位已被一些時(shí)變變化扭曲。如圖5所示,這導(dǎo)致在測(cè)量的干涉信號(hào)上 的額外的相位調(diào)制。在存在這種隨時(shí)間變化的相位調(diào)制的情況下,如圖5描述的,所得的干 涉信號(hào)的傅里葉變換失真。峰不再是"干凈"的,在峰的底部周圍有噪聲出現(xiàn)。
      [0059] 圖6描繪了圖5所示的失真的峰的相位與光頻。該失真的峰的譜域相位表現(xiàn)出從 線性相位的小偏離。從線性的這些偏差表明在0FDR系統(tǒng)執(zhí)行測(cè)量時(shí)傳感光纖的位置不是 恒定的。從線性相位的這些偏差在譜域中響應(yīng),并且所得的理想的峰的失真對(duì)分布式的應(yīng) 變測(cè)量來(lái)說(shuō)是有問題的。如上所述,將分布式的0FDR應(yīng)變測(cè)量與傳感光纖的基線參考掃描 進(jìn)行比較,例如,通過執(zhí)行互相關(guān)。由于傳感器的運(yùn)動(dòng),測(cè)量的失真大大降低這種比較的準(zhǔn) 確度。發(fā)明人認(rèn)識(shí)到這個(gè)問題并且開發(fā)了用于補(bǔ)償測(cè)量時(shí)的運(yùn)動(dòng)的影響的技術(shù),以便提高 0FDR測(cè)量的準(zhǔn)確度。
      [0060] 作為解決方案的開始,發(fā)明人認(rèn)識(shí)到0FDR測(cè)量的基本特性允許從0FDR測(cè)量高效 地并且有效地去除運(yùn)動(dòng)的影響。在0FDR獲取期間,來(lái)自延遲域中的理想單個(gè)反射事件的在 譜域中的相位響應(yīng)的大小與事件的延遲成比例。因此,相位調(diào)制必須是沿傳感器的長(zhǎng)度添 加的。也就是說(shuō),在光纖中任何點(diǎn)能看到的相位調(diào)制是在感興趣的點(diǎn)之前光纖中的所有相 位調(diào)制的和。這意味著在光纖中的任一點(diǎn)處測(cè)量相位調(diào)制提供了校正沿光纖的剩余部分的 這些調(diào)制的能力。
      [0061] 圖7示出在點(diǎn)A處測(cè)量的校正能夠?yàn)樗泻罄m(xù)點(diǎn)校正測(cè)量點(diǎn)A處與0FDR儀器之 間的干擾的圖。也就是說(shuō),通過測(cè)量傳感光纖10中的點(diǎn)A處的運(yùn)動(dòng),可以為光纖10的剩余 長(zhǎng)度校正在點(diǎn)A和儀器之間的所有的運(yùn)動(dòng)影響。因此,點(diǎn)B處的測(cè)量將不再受點(diǎn)A之前的 運(yùn)動(dòng)失真的影響。這個(gè)概念在圖8中進(jìn)一步被說(shuō)明,即通過觀察由于在點(diǎn)A之前的時(shí)變失 真而引起的在延遲域中的點(diǎn)A和點(diǎn)B二者之間的反射失真。在光學(xué)頻域中峰已被一些時(shí)變 相位扭曲。
      [0062] 如果已知在索引50處或其周圍僅有單個(gè)反射,那么與該反射有關(guān)的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)集, 即從0到100之間的點(diǎn)可以被用于表征引起該反射所發(fā)生的振動(dòng)(相位調(diào)制)。從數(shù)據(jù)集 中去除這些振動(dòng)影響去除了沿光纖10的點(diǎn)A處與點(diǎn)B處的兩個(gè)反射事件中觀察到的失真。
      [0063] 在這種情況下,第一峰的振動(dòng)信息可以通過在該峰的周圍加窗獲得,如圖9中的 以索引50處的反射峰為中心的矩形窗口所示。相乘之后,沒有其他峰的信息存留。回想在 這些前100個(gè)點(diǎn)中所包含的信息是包含了相位和幅度兩種信息的復(fù)數(shù)值。在加窗操作之后 對(duì)應(yīng)的幅度數(shù)據(jù)在圖10中描繪,其中該窗與從兩種反射所獲取的數(shù)據(jù)相乘,產(chǎn)生僅來(lái)自第 一反射峰的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)集。對(duì)于加窗后的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)集進(jìn)行傅里葉變換,以便提取在譜域中的 相位失真。該相位失真描述了與來(lái)自點(diǎn)A處的原始的理想的單個(gè)反射的相位響應(yīng)相關(guān)的非 線性,并且在圖11中進(jìn)行描繪。
      [0064] 然后,該相位失真被用作相位失真的校正,其可以通過從全部獲得的數(shù)據(jù)集的測(cè) 量的相位中減去該相位失真而被應(yīng)用到全部獲得的數(shù)據(jù)集,從而在延遲域中恢復(fù)兩個(gè)位置 處的干凈的峰。這在圖12中被示出,其中灰色線示出在延遲域中的原始的失真的反射峰, 黑色線示出通過使用相位校正對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正后的峰,該相位校正從在索引50處的峰計(jì) 算而來(lái)?,F(xiàn)在兩個(gè)峰值都是銳利的。
      [0065] 在圖13中示出了略述非限制性示例步驟以提取由于運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的時(shí)變信號(hào)和隨后 的數(shù)據(jù)的校正的流程圖。以步驟S10開始,對(duì)與反射事件有關(guān)的時(shí)間延遲域中的復(fù)數(shù)值 0FDR數(shù)據(jù)集例如在數(shù)據(jù)集的開始處執(zhí)行加窗操作。應(yīng)用傅里葉逆變換將數(shù)據(jù)集變換到頻 域(步驟S12)。譜域中的相位響應(yīng)通過展開相位信號(hào)而被提?。ú襟ES14)。全部的累積 相位與延遲域中的反射事件的位置成比例。在延遲域中的每個(gè)延遲索引累積譜域中的兩個(gè) Pi ( π )相位變化,例如在索引500處的反射事件將具有在展開后譜域中1000 Pi ( π )的全 部的累積的相位響應(yīng)。從該累積的相位響應(yīng)中減去線性擬合去除了與在延遲域中的反射事 件的位置有關(guān)的相位,提供了描述傳感器運(yùn)動(dòng)的非線性時(shí)變信號(hào)的測(cè)量(步驟S16)。非線 性的時(shí)變信號(hào)是補(bǔ)償信號(hào),例如,將其從譜域中的原始測(cè)量OFDR數(shù)據(jù)集的相位中減掉(步 驟S18)。然后,運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)淖V響應(yīng)通過使用傅里葉變換操作被變換到時(shí)間延遲域(步驟 S20),這可以被用于識(shí)別和/或展現(xiàn)反射的干凈的譜峰。
      [0066] 該示例過程通過提取時(shí)變信號(hào)直至傳感器光纖10中的一點(diǎn)并且隨后使用該信號(hào) 以補(bǔ)償沿著傳感器10的長(zhǎng)度所產(chǎn)生的數(shù)據(jù),以此來(lái)去除或者至少大致減小對(duì)0FDR測(cè)量的 運(yùn)動(dòng)的影響。該技術(shù)補(bǔ)償沿傳感器光纖10長(zhǎng)度的一個(gè)或者多個(gè)運(yùn)動(dòng),并且保證在不同的 0FDR應(yīng)用中配置傳感器的廣泛的環(huán)境范圍中的魯棒性。
      [0067] 在0FDR傳感應(yīng)用中的常見類型的光纖是具有瑞利散射分布的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、低彎曲 損耗的光纖。給定長(zhǎng)度的傳感器光纖的瑞利散射分布表現(xiàn)為隨機(jī)的寬帶信號(hào),并且由從光 纖自身的玻璃分子散射的光造成。該散射模式是高度地可重復(fù)的,并且可以被認(rèn)為是給定 傳感器的物理特性。因此,這種反射"指紋"被用于獲得光纖的基線或者參考測(cè)量。
      [0068] 在單個(gè)反射事件的示例的情況下,從譜域中的相位響應(yīng)中去除線性擬合,以隔離 非線性分量,該非線性分量捕獲測(cè)量中的運(yùn)動(dòng)的影響。在實(shí)際的系統(tǒng)中,理想的單個(gè)反射事 件一般不發(fā)生,并且相鄰的反射事件的譜響應(yīng)將掩飾期望的非線性分量。這能夠通過比較 光纖的測(cè)量和相同光纖的基線測(cè)量來(lái)克服。光纖的散射分布是高度地可重復(fù)的,并且譜域 中的測(cè)量段與譜域中的對(duì)應(yīng)段的基線掃描的比較將允許隔離測(cè)量期間的運(yùn)動(dòng)影響。也就是 說(shuō),如果在測(cè)量期間沒有運(yùn)動(dòng)存在,則譜域中的測(cè)量與基線之間的比較將產(chǎn)生零值相位差。 如果存在運(yùn)動(dòng),將看到非線性的響應(yīng)。
      [0069] 三個(gè)問題必須被克服。第一,瑞利散射是微弱信號(hào),并且因此,對(duì)運(yùn)動(dòng)的補(bǔ)償易受 到噪聲的影響。發(fā)明人開發(fā)了一種平均方法以增加運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)聂敯粜浴5诙?,配置的傳?器易受到許多不同的環(huán)境因素的影響。魯棒的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償應(yīng)該保證環(huán)境的變化(諸如溫度變 化)不降低補(bǔ)償?shù)男?。發(fā)明人開發(fā)了一種從運(yùn)動(dòng)提取區(qū)域去除軸向應(yīng)變的影響的方法。 第三,不能保證配置的傳感器僅在傳感光纖中感興趣區(qū)域之前經(jīng)受時(shí)變干擾。因此,補(bǔ)償技 術(shù)應(yīng)該沿傳感器的長(zhǎng)度操作,以便系統(tǒng)地去除沿傳感器長(zhǎng)度的各種運(yùn)動(dòng)影響。
      [0070] 瑞利散射的低信號(hào)水平問題通過對(duì)光纖中的多個(gè)鄰近段的散射使用平均操作來(lái) 解決。在一般的應(yīng)用中,可以假設(shè)對(duì)于短長(zhǎng)度的傳感光纖來(lái)說(shuō),運(yùn)動(dòng)的影響是相似的。在延 遲域中選擇小段的傳感光纖允許這種假設(shè),即相鄰的段將觀察到相似的時(shí)變失真。首先,時(shí) 變的譜失真從每個(gè)段中提取。將一段的測(cè)量0FDR數(shù)據(jù)和相同段的參考/基線0FDR數(shù)據(jù)兩 者傅里葉變換至譜域,可以比較復(fù)數(shù)值譜數(shù)據(jù)以提取由于在測(cè)量段中的運(yùn)動(dòng)引起的相位失 真的測(cè)量??梢詾槊總€(gè)相鄰的段重復(fù)該過程,并且譜失真的平均值被計(jì)算。這種過程的示 例步驟被描述在圖14中的流程圖中。
      [0071] 對(duì)基線環(huán)境中(例如,沒有影響光纖的運(yùn)動(dòng)、控制溫度等)的傳感光纖10執(zhí)行傳 感光纖的0FDR掃描(步驟S33),從而為光纖的多個(gè)段的每段產(chǎn)生0FDR參考數(shù)據(jù)(步驟 S34),并且對(duì)應(yīng)用環(huán)境中(例如,可能存在影響光纖的運(yùn)動(dòng)、溫度變化等)的傳感光纖10執(zhí) 行傳感光纖的OFDR掃描(步驟S30),從而為光纖的多個(gè)段的每段產(chǎn)生OFDR測(cè)量數(shù)據(jù)(步 驟S31)。段可以通過使用例如上述的加窗技術(shù)來(lái)被分區(qū)。對(duì)每個(gè)測(cè)量段(步驟S32)和每 個(gè)參考段(步驟S35)執(zhí)行傅里葉變換操作,以將段數(shù)據(jù)變換至譜域。執(zhí)行傅里葉變換的一 種示例方法是使用快速傅里葉變換(FFT)。然后,每個(gè)段的測(cè)量譜數(shù)據(jù)與每個(gè)相應(yīng)段的參考 譜數(shù)據(jù)的復(fù)數(shù)共軛進(jìn)行復(fù)數(shù)相乘(數(shù)據(jù)是復(fù)數(shù))(步驟S36)。在數(shù)學(xué)上,復(fù)數(shù)值信號(hào)與第二 信號(hào)的共軛相乘等同于計(jì)算復(fù)數(shù)信號(hào)的相位值的差。由于存在使該相位測(cè)量失真的噪聲, 所以期望對(duì)相鄰段求平均。為計(jì)算相鄰段的平均值,來(lái)自相鄰段的復(fù)數(shù)乘積的實(shí)部和虛部 分別被求平均(S37)。通過計(jì)算平均的復(fù)數(shù)乘積的實(shí)部和虛部的反正切來(lái)提取平均的相位 響應(yīng)。該相位差如上述被隨后展開。然后,該相位響應(yīng)能夠被用于補(bǔ)償由于運(yùn)動(dòng)引起的失 真。例如,相位響應(yīng)能夠被線性插值以匹配測(cè)量結(jié)果的大小,并且從原始的測(cè)量數(shù)據(jù)的譜域 被減掉以去除運(yùn)動(dòng)的影響。
      [0072] 雖然在步驟S30-S32和S33-S35中示出了兩個(gè)平行的軌跡,但是這些步驟不需要 在同一時(shí)間并行執(zhí)行或者即使一對(duì)一地執(zhí)行。例如,參考掃描步驟S33-S35可以被提前執(zhí) 行,并且參考段數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在內(nèi)存以隨后用于測(cè)量的段數(shù)據(jù)。一種測(cè)量掃描被示出,但應(yīng)當(dāng) 理解的是步驟S30-S32和S36-S39可以對(duì)一個(gè)或更多個(gè)其他測(cè)量掃描重復(fù)進(jìn)行。
      [0073] 現(xiàn)從數(shù)學(xué)角度描述圖14中所示的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)挠?jì)算的處理程流。κ p為在一定長(zhǎng)度 的均勻應(yīng)變的光纖中的復(fù)數(shù)散射測(cè)量的數(shù)組,其中p表示在延遲中沿?cái)?shù)組的位置。通過將 κ ρ的連續(xù)的段變換回到譜域來(lái)產(chǎn)生子數(shù)組集。Κκη代表測(cè)量段的譜,η和κ是譜索引:
      [0074] KKn = FFT{KnS··· κ (n+1)s},其中S是段的點(diǎn)數(shù)的長(zhǎng)度。使用參考測(cè)量%重復(fù)該過 程,
      [0075] N^FFTU,. n(n+1)s}
      [0076] 然后,捕獲運(yùn)動(dòng)影響的信號(hào)由下式給出
      [0077]

      【權(quán)利要求】
      1. 一種用于測(cè)量經(jīng)受時(shí)變干擾的傳感光波導(dǎo)的參數(shù)的光學(xué)解調(diào)系統(tǒng),包括 光學(xué)干涉解調(diào)器; 光學(xué)檢測(cè)電路,其被耦合到所述光學(xué)干涉解調(diào)器,用于檢測(cè)一定長(zhǎng)度的所述傳感光波 導(dǎo)的光學(xué)干涉測(cè)量信號(hào);和 數(shù)據(jù)處理電路,其被配置成: 從所述光學(xué)檢測(cè)電路接收干涉測(cè)量信號(hào), 產(chǎn)生所述一定長(zhǎng)度的傳感光波導(dǎo)的干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集; 將所述干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集變換到譜域; 根據(jù)變換的干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集確定時(shí)變信號(hào);以及 根據(jù)所述時(shí)變信號(hào)確定補(bǔ)償信號(hào); 使用所述補(bǔ)償信號(hào)為所述干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集補(bǔ)償所述時(shí)變干擾,以增強(qiáng)所述參數(shù)的測(cè) 量。
      2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)解調(diào)系統(tǒng),其中所述光學(xué)解調(diào)系統(tǒng)是包括解調(diào)光源的基 于光頻域反射即OFDR的系統(tǒng),并且其中所述光學(xué)干涉測(cè)量信號(hào)指示沿所述傳感光波導(dǎo)的 作為時(shí)間的函數(shù)的背散射幅度。
      3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)解調(diào)系統(tǒng),其中所述處理電路被配置成通過比較所述干 涉測(cè)量數(shù)據(jù)集和干涉參考數(shù)據(jù)集來(lái)確定時(shí)變信號(hào)。
      4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)解調(diào)系統(tǒng),其中所述時(shí)變干擾包括所述傳感光波導(dǎo)的運(yùn) 動(dòng)。
      5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)解調(diào)系統(tǒng),其中為所述干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集中的反射事件確 定所述干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集,以及 其中所述數(shù)據(jù)處理電路被配置成在所述反射事件的周圍為接收的干涉數(shù)據(jù)加窗。
      6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)解調(diào)系統(tǒng),其中所述時(shí)變信號(hào)是相位信號(hào),并且其中所 述數(shù)據(jù)處理電路被配置成: 通過展開所述相位信號(hào)從所述變換的干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集提取所述相位信號(hào);以及 通過從展開的相位信號(hào)去除線性擬合來(lái)確定描述對(duì)所述傳感器的所述時(shí)變干擾的非 線性信號(hào), 其中所述非線性信號(hào)是所述補(bǔ)償信號(hào)。
      7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)解調(diào)系統(tǒng),其中所述數(shù)據(jù)處理電路被配置成從所述干涉 測(cè)量數(shù)據(jù)集減去所述非線性信號(hào),以便為所述干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集補(bǔ)償所述時(shí)變干擾。
      8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)解調(diào)系統(tǒng),其中所述時(shí)變信號(hào)是相位信號(hào),并且其中所 述數(shù)據(jù)處理電路被配置成: 通過比較在所述譜域中的基線數(shù)據(jù)集,從所述譜域中的變換的干涉測(cè)量數(shù)據(jù)中提取所 述相位信號(hào)。
      9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)解調(diào)系統(tǒng),其中所述數(shù)據(jù)處理電路被配置成: 將所述干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集分成多個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)段; 變換每個(gè)所述段; 將變換的測(cè)量段中的多個(gè)與對(duì)應(yīng)的參考譜數(shù)據(jù)段結(jié)合; 對(duì)結(jié)合的段求平均; 根據(jù)平均的段確定相位響應(yīng);以及 基于所述相位響應(yīng)確定所述時(shí)變信號(hào)。
      10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)解調(diào)系統(tǒng),其中所述數(shù)據(jù)處理電路被配置成: 將所述干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集分成多個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)段,以及 確定應(yīng)用于測(cè)量數(shù)據(jù)段的應(yīng)變,其中所述應(yīng)變指示相鄰的測(cè)量數(shù)據(jù)段的響應(yīng)之間的未 對(duì)準(zhǔn)的量,以及 使用測(cè)量的應(yīng)變以對(duì)準(zhǔn)所述譜域中的測(cè)量數(shù)據(jù)段的響應(yīng)。
      11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)解調(diào)系統(tǒng),其中所述數(shù)據(jù)處理電路被配置成: 將所述干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集分成多個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)段; 將每個(gè)數(shù)據(jù)段與對(duì)應(yīng)的參考數(shù)據(jù)段比較; 確定時(shí)間延遲,所述時(shí)間延遲指示時(shí)域中的參考數(shù)據(jù)段與數(shù)據(jù)段之間的未對(duì)準(zhǔn)的量; 以及 使用測(cè)量的時(shí)間延遲以對(duì)準(zhǔn)所述時(shí)域中的參考數(shù)據(jù)段與數(shù)據(jù)段。
      12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)解調(diào)系統(tǒng),其中所述傳感光波導(dǎo)是光纖,并且其中所述 數(shù)據(jù)處理電路被配置成: 為所述干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集補(bǔ)償光纖上的應(yīng)變。
      13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)解調(diào)系統(tǒng),其中所述數(shù)據(jù)處理電路被配置成確定沿所 述傳感光波導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)、時(shí)間延遲和應(yīng)變,并且補(bǔ)償沿所述傳感光波導(dǎo)的累積的運(yùn)動(dòng)、時(shí)間未 對(duì)準(zhǔn)和應(yīng)變。
      14. 一種用于測(cè)量經(jīng)受時(shí)變干擾的傳感光波導(dǎo)的參數(shù)的方法,其包括: 檢測(cè)一定長(zhǎng)度的所述傳感光波導(dǎo)的光學(xué)干涉測(cè)量信號(hào); 根據(jù)檢測(cè)的光學(xué)干涉測(cè)量信號(hào)產(chǎn)生所述一定長(zhǎng)度的所述傳感光波導(dǎo)的干涉測(cè)量數(shù)據(jù) 集; 將所述干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集變換至所述譜域; 根據(jù)所述變換的干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集確定時(shí)變信號(hào); 根據(jù)所述時(shí)變信號(hào)確定補(bǔ)償信號(hào);以及 使用所述補(bǔ)償信號(hào)為所述干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集補(bǔ)償所述時(shí)變干擾,以增強(qiáng)所述參數(shù)的測(cè) 量。
      15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,其中所述方法使用包括解調(diào)光源的基于光頻域反射 即OFDR的系統(tǒng),并且其中所述光學(xué)干涉測(cè)量信號(hào)指示沿所述傳感光波導(dǎo)的作為時(shí)間的函 數(shù)的背散射幅度。
      16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,進(jìn)一步包括通過比較所述干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集與干涉參 考數(shù)據(jù)集來(lái)確定所述時(shí)變信號(hào)。
      17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,其中所述時(shí)變干擾包括所述傳感光波導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)。
      18. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,其中為所述干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集中的反射事件確定所述 干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集,所述方法進(jìn)一步包括在所述反射事件的周圍為接收的干涉數(shù)據(jù)加窗。
      19. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,其中所述時(shí)變信號(hào)是相位信號(hào),并且所述方法進(jìn)一 步包括: 通過展開所述相位信號(hào)從所述變換的干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集提取所述相位信號(hào);以及 通過從展開的相位信號(hào)去除線性擬合來(lái)確定描述對(duì)所述傳感器的所述時(shí)變干擾的非 線性信號(hào), 其中所述非線性信號(hào)是所述補(bǔ)償信號(hào)。
      20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法,進(jìn)一步包括從所述干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集中減去所述非線 性信號(hào),以便為所述干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集補(bǔ)償所述時(shí)變干擾。
      21. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,其中所述時(shí)變信號(hào)是相位信號(hào),并且所述方法進(jìn)一 步包括: 通過比較所述譜域中的基線數(shù)據(jù)集,從所述譜域中的所述變換的干涉測(cè)量數(shù)據(jù)中提取 所述相位信號(hào)。
      22. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,進(jìn)一步包括: 將所述干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集分成多個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)段; 變換每個(gè)所述段; 將變換的測(cè)量段中的多個(gè)與對(duì)應(yīng)的參考譜數(shù)據(jù)段結(jié)合; 對(duì)結(jié)合的段求平均; 從平均的段確定相位響應(yīng);以及 基于所述相位響應(yīng)確定所述時(shí)變信號(hào)。
      23. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,進(jìn)一步包括: 將所述干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集分成多個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)段,以及 確定應(yīng)用于測(cè)量數(shù)據(jù)段的應(yīng)變,其中所述應(yīng)變指示相鄰的測(cè)量數(shù)據(jù)段的響應(yīng)之間的未 對(duì)準(zhǔn)的量,以及 使用測(cè)量的應(yīng)變對(duì)準(zhǔn)所述譜域中的測(cè)量數(shù)據(jù)段的響應(yīng)。
      24. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,進(jìn)一步包括: 將所述干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集分成多個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)段; 將每個(gè)數(shù)據(jù)段與對(duì)應(yīng)的參考數(shù)據(jù)段比較; 確定時(shí)間延遲,所述時(shí)間延遲指示時(shí)域中的參考數(shù)據(jù)段與數(shù)據(jù)段之間的未對(duì)準(zhǔn)的量; 以及 使用測(cè)量的時(shí)間延遲對(duì)準(zhǔn)所述時(shí)域中的參考數(shù)據(jù)段與數(shù)據(jù)段。
      25. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,其中所述傳感光波導(dǎo)是光纖,并且所述方法進(jìn)一步 包括為所述干涉測(cè)量數(shù)據(jù)集補(bǔ)償在所述光纖上的應(yīng)變。
      26. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,進(jìn)一步包括: 確定沿所述傳感光波導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)、時(shí)間延遲和應(yīng)變,并且 補(bǔ)償沿所述傳感光波導(dǎo)的累積的運(yùn)動(dòng)、時(shí)間未對(duì)準(zhǔn)以及應(yīng)變。
      【文檔編號(hào)】G01N21/45GK104126103SQ201280068990
      【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月5日
      【發(fā)明者】M·E·佛羅凱特, A·K·桑, D·K·吉福德, J·W·克萊因 申請(qǐng)人:直觀外科手術(shù)操作公司
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