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广东工业大学林蹉富获国家专利权

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龙图腾网获悉广东工业大学申请的专利一种辅助干涉仪延迟光纤长度最优匹配方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN119845175B

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-04-03发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202510074046.6,技术领域涉及:G01B11/16;该发明授权一种辅助干涉仪延迟光纤长度最优匹配方法是由林蹉富;符明烨;阳俊;杨军;王云才;秦玉文设计研发完成,并于2025-01-17向国家知识产权局提交的专利申请。

一种辅助干涉仪延迟光纤长度最优匹配方法在说明书摘要公布了:本发明提出了一种辅助干涉仪延迟光纤长度最优匹配方法,属于激光测量仪器领域。该方法通过建立光频域反射技术OFDR在光纤应变测量中主干涉仪和辅助干涉仪臂长差与重采样残余相位噪声之间的定量关系,推导出待测光纤长度与辅助干涉仪延迟光纤长度之间的最优匹配条件。对于全距离尺度内要求高精度应变测量的情况,可以通过分段匹配和解调后拼接的方式,确保每段光纤达到最优应变测试精度。该方法具有小空间分辨率和高应变精度的优点,可广泛应用于光纤器件的高精度测试。

本发明授权一种辅助干涉仪延迟光纤长度最优匹配方法在权利要求书中公布了:1.一种辅助干涉仪延迟光纤长度最优匹配方法,其特征是:通过推导残余相位噪声方差的解析式,确定了光频域反射系统最大测量距离与辅助干涉仪延迟光纤长度的最优匹配关系,通过控制辅助干涉仪延迟光纤长度使得重采样残余相位噪声逼近散粒噪声极限从而达到最优应变测试条件,具体过程为,该方法包括以下步骤: 步骤一501:为达到最优应变测试结果对于待测器件的测试将分两次测量,首次粗测得到待测器件的近似长度,随后进行二次高精度测量;首先对待测光纤器件的长度进行初步预估,得到待测光纤的预测长度; 步骤二502:根据初步预估的待测光纤长度,选择一段与预测长度接近的标准单模光纤,作为高精度光频域反射系统中辅助干涉仪一臂的延迟光纤; 步骤三503:将辅助干涉仪进行时延标定后对待测器件进行初步测试,得到待测器件的散射谱信息后,根据标定得到的时延计算出待测器件的精确长度; 步骤四504:根据步骤三503中测试得到的待测器件精确长度并根据测试要求的最小残余相位噪声条件判断是否需要进行分段匹配高精度测量;使用OFDR系统对待测器件进行测试后,对其获得的信号进行等频率间隔重采样校正后的残余相位噪由公式表示为: 式中τM为主干涉仪的时延,τR为辅助干涉仪的时延,服从维纳过程,且其增量服从均值为0,方差为2π△v△t的高斯正态分布,△v为可调谐激光器的线宽;为使重采样后的残余相位噪声项达到最小值,进一步分析主干涉仪时延τM与辅助干涉仪时延τR之间的关系,推导出残余相位噪声的方差表达式为: 在OFDR系统测试过程中,当选定待测光纤器件后,主干涉仪的时延τM由待测光纤光程和主干涉仪参考臂光程之差确定,并保持恒定不变;当τMτR时,重采样残余相位噪声随主干涉仪时延τM的增大呈现下凹函数趋势,该趋势的极值与辅助干涉仪时延τR正相关;公式2表明,当主干涉仪时延完全等于辅助干涉仪时延,即τM=τR时残余相位噪声方差最小,此时达到应变解调最优测试效果,但要实现整体测量范围内所有位置的高精度测试,在确定最长测试距离后,应使得最大测试距离范围内的残余相位噪声的最大值Dmax尽可能小;假设待测器件等效光纤长度为Lmax,即测试长度范围为0~Lmax,其中Lmax对应的主干涉仪时延为令DτM在τM∈0,τR范围内的极值点为对应的极大值为当τMτR时若要使得待测光纤在测量范围内全距离残余相位噪声最小,则需满足下述条件: 将式3化简得到: 将式4求解得到最优辅助干涉仪时延: 由式5可知,当辅助干涉仪的时延为倍的主干涉仪时延条件下,能够使得整段待测光纤均达到最小的重采样残余相位噪声结果;即测试结果达到最佳应变精度时,辅助干涉仪延迟光纤长度与待测光纤长度的关系为: 步骤五505:若待测器件等效光纤长度较短或对于待测器件的分布式应变精度要求不高,则经过步骤一501至步骤三503得到待测光纤的精确长度后根据式6计算出辅助干涉仪延迟光纤长度; 步骤六506:根据步骤五505计算出的辅助干涉仪延迟光纤长度更换OFDR系统辅助干涉仪参考臂延迟光纤后进行二次高精度分布式应变测试,得到最终的分布式精确应变结果后完成测试; 步骤七507:若测试应变精度要求较高,则将待测光纤划分为多个独立单元,从而进一步提升测量距离范围内的应变传感精度,将每段待测器件单独匹配最优辅助干涉仪延迟光纤长度,在每个单元内获得极低的残余相位噪声,假设待测器件被分为n个独立的长度单元,需使得相邻各单元边界处的残余相位噪声相等,得到划分公式: 式中LMi,LMi+1为待测光纤长度划分区间,LRi为辅助干涉仪延迟光纤长度划分区间,该方法能够使较长的待测器件在全范围内都达到最优测试精度,从而抑制最优点两侧精度退化问题; 步骤八508:根据步骤七507中待测器件分段依据将待测器件划分为n段独立的单元后,根据划分区间重复步骤五505分别匹配其对应的辅助干涉仪延迟光纤长度,按分段顺序依次更换匹配的辅助干涉仪延迟光纤后进行测试; 步骤九509:无需分段测试的待测器件更换辅助干涉仪延迟光纤进行二次高精度测试后直接进行整段光纤应变解调即可,若对待测器件全范围应变精度要求较高或待测器件长度较长,则对待测光纤进行分段延迟光纤匹配后每段光纤单独进行二次高精度测试,并将分段匹配测试后的解调结果按顺序进行拼接,能够得到整根待测光纤的全范围分布式高精度应变测试结果。

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