一种光纤传感器以及测量方法、装置及存储介质

技术领域

本说明书涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种光纤传感器以及测量方法、装置及存储介质。

背景技术

目前，光纤传感器由于重量轻、抗电磁干扰、耐腐蚀等特点，被应用在石油化工、航空航天、民用工程结构、国防等多个领域。

通常情况下，光在光纤中传输的过程中，若光纤传感器的外界环境中温度、应力等发生变化，则光纤中各光栅反射会的光信号的光强、波长、相位等多种参数会发生改变。因此现有技术一般采用将脉冲光信号发射到光纤中，得到光纤中的光栅反射回的反射信号，再基于发射的光信号和接收到的反射信号在参数上的差距，确定光纤中各位置的变化量，进而将变化量作为测量结果的方式，来确定光纤传感器外界环境的变化量。

但是，目前在确定光纤中各位置的变化量时，在光纤中各光纤的中心波长差距较小的情况下，往往无法确定出较为准确的变化量，使得测量准确率较低。基于此，本说明书提供一种光纤传感器。

发明内容

本说明书提供一种光纤传感器以及测量方法、装置及存储介质，以部分的解决现有技术存在的上述问题。

本说明书采用下述技术方案：

本说明书提供一种光纤传感器，所述光纤传感器至少由以下器件组成：光源1、矢量网络分析仪2、电光强度调制器3、包含弱反光栅阵列的光纤4、光纤放大器5、光纤耦合器6、色散补偿模块7、解调模块8；其中：

所述电光强度调制器3，用于将所述矢量网络分析仪2产生的微波信号调制到所述光源1产生的光信号中，并将调制后的所述光信号输入所述包含弱反光栅阵列的光纤4；

所述光纤放大器5，用于接收所述包含弱反光栅阵列的光纤4的反射信号，并将放大后的所述反射信号输入所述光纤耦合器6；

所述光纤耦合器6，用于将放大后的所述反射信号进行分路，将得到的第一分路信号输入所述色散补偿模块7，将得到的第二分路信号输入所述解调模块8；

所述色散补偿模块7，用于针对所述第一分路信号中的每个子信号，确定该子信号对应的光栅，并根据所述光栅对应的中心频率，对该子信号进行色散延时，以及将色散延时后的各子信号，作为色散补偿后的第一分路信号，输入所述解调模块8；

所述解调模块8，用于根据历史测量时刻确定出的第二分路信号和色散补偿后的第一分路信号，以及当前时刻确定出的所述第二分路信号和所述色散补偿后的第一分路信号，确定当前时刻所述色散补偿后的第一分路信号中各子信号分别对应的变化延时，并针对所述色散补偿后的第一分路信号中的每个子信号，根据该子信号的变化延时，确定该子信号对应的光栅的变化量。

可选地，所述解调模块8，用于确定所述色散补偿模块7对应的色散补偿函数，并根据确定出的该信号的变化延时和所述色散补偿函数，确定该子信号的中心波长的变化量，以及根据所述中心波长的变化量和所述包含弱反光栅阵列的光纤4的物理属性，确定该子信号对应的光栅的变化量；

其中，所述物理属性至少包括弹光效应系数和热光效应系数。

可选地，所述光纤耦合器6包含第一光纤耦合器60和第二光纤耦合器61；

所述第一光纤耦合器60，用于将所述光纤放大器5放大后的反射信号进行分路，将得到的第一分路信号输入所述色散补偿模块7，将得到的所述第二分路信号输入所述第二光纤耦合器61；

所述色散补偿模块7，用于将所述色散补偿后的第一分路信号输入所述第二光纤耦合器61；

所述第二光纤耦合器61，用于将所述色散补偿后的第一分路信号和所述第二分路信号进行耦合，得到待测信号，并将所述待测信号输入所述解调模块8；

所述解调模块8，用于根据接收到的待测信号，确定所述包含弱反光栅阵列的光纤4中各光栅分别对应的变化量。

可选地，所述解调模块8，还用于针对所述包含弱反光栅阵列的光纤4中的每两个相邻光栅，确定当前时刻该两个相邻光栅中各光栅分别对应的子信号沿所述包含弱反光栅阵列的光纤4传输时的延时，分别作为当前时刻确定出的第一延时和第二延时，并根据所述当前时刻确定出的第一延时和所述第二延时，以及历史测量时刻确定出的第一延时和第二延时，确定光程延时，确定所述该两个相邻光栅之间的光纤的光程差的变化量，并根据所述光程差的变化量和所述包含弱反光栅阵列的光纤4的物理属性，确定该两个相邻光栅之间的光纤的变化量；

其中，所述物理属性至少包括弹光效应系数、热光效应系数、有效折射率和该两个相邻光栅之间的光纤的物理长度。

可选地，所述光纤传感器中还包括光纤环形器10，所述光纤环形器10和所述包含弱反光栅阵列的光纤4连接；

所述光源1、所述矢量网络分析仪2、所述电光强度调制器3与所述光纤环形器10的输入端，形成所述包含弱反光栅阵列的光纤4的输入光路；

所述光纤环形器10的输出端、所述光纤放大器5、所述光纤耦合器6、所述色散补偿模块7和所述解调模块8，形成所述包含弱反光栅阵列的光纤4的输出光路。

可选地，所述光纤传感器还包括光电探测器9；

所述光电探测器9的输入端分别和连接于所述光纤耦合器6的输出端和所述色散补偿模块7的输出端，所述光电探测器9的输出端与所述解调模块8的输入端连接；

所述光电探测器9，用于确定和所述色散补偿后的第一分路信号对应的第一电信号，并确定所述第二分路信号对应的第二电信号，以及将所述第一电信号和所述第二电信号输入所述解调模块8；

所述解调模块8，用于根据历史测量时刻确定出的第一电信号和第二电信号，以及当前时刻确定出的所述第一电信号和所述第二电信号，确定所述色散补偿后的第一分路信号中各子信号分别对应的变化延时。

可选地，所述色散延时包括变化延时和历史延时；

所述解调模块8，用于根据当前时刻确定出的所述第二分路信号和所述色散补偿后的第一分路信号，确定所述包含弱反光栅阵列的光纤4中各光栅分别对应的子信号的色散延时，并根据历史测量时刻确定出的第二分路信号和色散补偿后的第一分路信号，确定所述包含弱反光栅阵列的光纤4中各光栅分别对应的子信号的历史延时，以及针对每个光栅，根据该光栅对应的子信号的历史延时和色散延时，确定该光栅对应的子信号的变化延时。

本说明书提供一种测量方法，所述测量方法应用于光纤传感器中，所述光纤传感器至少由以下器件组成：光源1、矢量网络分析仪2、电光强度调制器3、包含弱反光栅阵列的光纤4、光纤放大器5、光纤耦合器6、色散补偿模块7、解调模块8；包括：

将根据光源1生成的光信号和矢量网络分析仪2生成的微波信号产生的调制后的光信号，输入包含弱反光栅阵列的光纤4；

将所述包含弱反光栅阵列的光纤4产生的反射信号进行分路，得到第一分路信号和第二分路信号，并对所述第一分路信号进行色散补偿，得到色散补偿后的第一分路信号；

根据历史测量时刻确定出的第二分路信号和色散补偿后的第一分路信号，以及当前时刻确定出的所述第二分路信号和所述色散补偿后的第一分路信号，确定当前时刻所述色散补偿后的第一分路信号中各子信号分别对应的变化延时；

针对所述色散补偿后的第一分路信号中的每个子信号，根据该子信号的变化延时，确定该子信号对应的光栅的变化量。

本说明书提供一种测量装置，所述测量装置应用于光纤传感器中，所述光纤传感器至少由以下器件组成：光源1、矢量网络分析仪2、电光强度调制器3、包含弱反光栅阵列的光纤4、光纤放大器5、光纤耦合器6、色散补偿模块7、解调模块8；所述装置包括：

调制模块，用于将根据光源1生成的光信号和矢量网络分析仪2生成的微波信号产生的调制后的光信号，输入包含弱反光栅阵列的光纤4；

分路模块，用于将所述包含弱反光栅阵列的光纤4产生的反射信号进行分路，得到第一分路信号和第二分路信号，并对所述第一分路信号进行色散补偿，得到色散补偿后的第一分路信号；

第一确定模块，用于根据历史测量时刻确定出的第二分路信号和色散补偿后的第一分路信号，以及当前时刻确定出的所述第二分路信号和所述色散补偿后的第一分路信号，确定当前时刻所述色散补偿后的第一分路信号中各子信号分别对应的变化延时；

第二确定模块，用于针对所述色散补偿后的第一分路信号中的每个子信号，根据该子信号的变化延时，确定该子信号对应的光栅的变化量。

本说明书提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述测量方法。

本说明书提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述测量方法。

本说明书采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

从上述方法中可以看出，通过基于微波信号对光信号进行强度调制，再将调制后的光信号输入包含弱反光栅阵列的光纤中，得到反射信号，之后对反射信号进行分路，得到第一分路信号和第二分路信号，并对第一分路信号进行色散补偿，基于色散补偿后的第一分路信号以及第二分路信号，确定该包含弱反光栅阵列的光纤中各位置分别对应的变化量。

本说明书中的光纤传感器采用了包含弱反射光栅阵列的光纤以及色散补偿模块，在弱反光栅阵列的各弱反光栅的中心频率相差较小的情况下，也可检测到各光栅对应的反射信号，以及基于第二分路信号和色散补偿后的第一分路信号，准确确定该包含弱反光栅阵列的光纤中各位置分别对应的变化量，保证了测量效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本说明书的进一步理解，构成本说明书的一部分，本说明书的示意性实施例及其说明用于解释本说明书，并不构成对本说明书的不当限定。在附图中：

图1为本说明书中提供的光纤传感器的结构示意图；

图2为本说明书中提供的光纤传感器的结构示意图；

图3为本说明书中提供的光纤传感器的结构示意图；

图4为本说明书中提供的光纤传感器的结构示意图；

图5为本说明书提供的测量方法的流程示意图；

图6为本说明书提供的测量装置的结果示意图；

图7为本说明书提供的一种对应于图5的电子设备的示意图。

具体实施方式

为使本说明书的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书具体实施例及相应的附图对本说明书技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，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，都属于本说明书保护的范围。

以下结合附图，详细说明本说明书各实施例提供的技术方案。

在传感器领域，光栅光纤传感器的应用愈发普遍，相对应的，如何基于光栅光纤传感器来确定光栅光纤的周围环境的变化量，是目前需要解决的问题之一。

一种常用的基于光纤传感器的测量方法，是将脉冲光信号发射到包含光栅的光纤中，得到该包含光栅的光纤返回的反射信号，再基于发射的脉冲光信号和接收到的脉冲光信号的光强、波长、相位等在时域上的差距，确定该包含光栅的光纤中各段光纤分别对应的变化量。其中，该包含光栅的光纤返回的反射信号，包含该包含光栅的光纤中的每个光栅在接收到入射光信号后产生的反射信号。

但是，针对每个光栅，该光栅可基于自身对应的中心波长，从该脉冲光信号对应的频谱中，确定该中心波长对应的频率，再将该中心波长对应的频率的光信号进行反射，以及透射除该中心波长对应的频率的光信号外的其他光信号，使得其他光信号继续传输。在该包含光栅的光纤中的各光栅的中心频率相差较小的情况下，后续光栅无法产生反射信号，导致无法基于各光栅产生的反射信号来确定该包含光栅的各光纤中的各光纤段分别对应的变化量，当然也无法准确测量包含光栅的光纤的周围环境的变化。

而且，在光纤中两个光栅之间的距离较近的情况下，可能会出现这两个光栅返回的反射信号在时域上叠加，导致无法确定接收到的反射信号和光纤之间的对应关系，当然也无法基于反射信号确定该包含光栅的光纤中各段光纤分别对应的变化量，导致测量准确率和测量效率较低。

基于此，本说明书提供一种光纤传感器以及光纤传感器的测量方法，用于解决上述包含光栅的光纤中，相邻两光栅距离较近时无法确定对应的测量准确率，以及在各光栅中心频率相差较小的情况下，无法对该包含光栅的光纤的末端各位置的变化量进行确定的情况。其中，该包含光栅的光纤的末端，为远离将脉冲光信号发送至包含光栅的光纤的设备的一端。

区别于目前直接将脉冲光信号输入包含光栅的光纤中，在相邻光栅之间的距离较近或光纤中各光栅的中心波长差距较小的情况下，无法准确确定光纤中各位置分别对应的变化量，测量准确率和测量效率较差。

本说明书提供一种光纤传感器和光纤传感器的测量方法，通过基于微波信号对光信号进行强度调制，再将调制后的光信号输入包含弱反光栅阵列的光纤中，得到反射信号，之后对反射信号进行分路，得到第一分路信号和第二分路信号，并对第一分路信号进行色散补偿，基于色散补偿后的第一分路信号以及第二分路信号，确定该包含弱反光栅阵列的光纤中各位置分别对应的变化量。从上述描述可知，本说明书中的光纤传感器采用了包含弱反射光栅阵列的光纤以及色散补偿模块，在弱反光栅阵列的各弱反光栅的中心频率相差较小的情况下，也可检测到各光栅对应的反射信号，以及在相邻弱反光栅的距离较近的情况下，由于本说明书中需基于反射信号对应的频域信号来确定对应的时域信号，因此也不会存在相邻两光栅对应的反射信号叠加的情况出现。

图1为本说明书中提供的一种光纤传感器的结构示意图，其中，该光纤传感器至少包含以下器件：光源1、矢量网络分析仪2、电光强度调制器3、包含弱反光栅阵列的光纤4、光纤放大器5、光纤耦合器6、色散补偿模块7和解调模块8。

该光源1用于产生光信号，该矢量网络分析仪2用于产生微波信号。而如前所述的，本说明书需基于微波信号对光信号进行强度调制，因此，该光源1的输出端和该矢量网络分析仪2的输出端，可分别连接于该电光强度调制器3的输入端。

该电光强度调制器3用于根据该微波信号对光源产生的光信号进行调制。而在该光纤传感器中，调制后的光信号需传输至包含弱反光栅阵列的光纤4中，得到包含弱反光栅阵列的光纤4返回的反射信号，再基于该反射信号来确定该包含弱反光栅阵列的光纤4中各位置分别对应的形变。因此，该电光强度调制器3的输出端可与该包含弱反光栅阵列的光纤4连接。

针对该包含弱反光栅阵列的光纤4中的每个弱反光栅，该弱反光栅在接收到光信号时，确定出的该弱反光栅对应的中心波长对应的频率的光信号，仅占普通光栅对应的中心波长对应的频率的光信号的强度的百分之五左右。因此，即使该包含弱反光栅阵列的光纤4中的各弱反光栅的中心波长差距较小，该包含弱反光栅阵列的光纤4的末端位置的弱反光栅也可确定出对应的反射信号。

需要说明的是，本说明书需基于该包含弱反光栅光纤阵列的光纤4中各光栅的反射信号来确定该包含弱反光栅光纤阵列的光纤4中的各段光纤周围环境的变化量。因此，对包含弱反光栅光纤阵列的光纤4而言，入射端即为出射端。

又因为本说明书中用于确定环境变化的光纤为包含弱反光栅阵列的光纤4，因此，该包含弱反光栅光纤阵列的光纤4返回的反射信号的强度较低。在此情况下，若直接基于反射信号确定环境变化，则可能出现确定出的环境变化不准确的情况出现。于是，该包含弱反光栅阵列的光纤4还可与光纤放大器5的输入端连接。

则该光纤放大器5可在接收到反射信号后，将反射信号进行放大，得到放大后的反射信号。

另外，本说明书中采用的是将反射信号进行分路，并将分路得到的其中一路反射信号进行色散补偿，以基于色散补偿后的反射信号和另一路反射信号，来确定该光纤传感器中的包含弱反光栅阵列的光纤4的周围环境的变化情况。因此，该光纤放大器5的输出端可与光纤耦合器6的输入端连接。

该光纤耦合器6用于将光纤放大器5放大后的反射信号进行分路，得到第一分路信号和第二分路信号，并将得到的第一分路信号输入色散补偿模块7，将第二分路信号输入解调模块8。

该色散补偿模块7，用于针对根据接收到的第一分路信号，对第一分路信号进行色散补偿，得到色散补偿后的第一分路信号。其中，光纤放大器5接收到的反射信号中包含多个子信号，每个子信号对应于包含弱反光栅阵列的光纤4中的一个光栅，于是，该第一分路信号中也可包含多个子信号，且每个子信号同样对应于包含弱反光栅阵列的光纤4中的一个光栅。

而色散补偿模块7在对光信号进行色散补偿时，通常会压缩光信号对应的频谱，且在对光信号的频谱进行压缩的同时，基于光信号对应的中心频率、中心波长等参数，对光信号进行延时。因此，该色散补偿模块7在接收到第一分路信号后，可针对该第一分路信号中的每个子信号，确定该子信号对应的光栅，并根据该光栅对应的中心频率，对该子信号进行色散补偿，即，对该子信号进行色散延时。色散补偿后的子信号与色散补偿前的子信号相比较，之间的时间差为该子信号对应的色散延时。于是，该色散补偿模块7在确定出色散延时后的各子信号后，可将色散延时后的各子信号作为色散补偿后的第一分路信号，并将第一分路信号输入解调模块8。

其中，针对包含弱反光栅阵列的光纤4中的每个光栅，在该光栅周围环境变化的情况下，该光栅对应的环境数据可导致该光栅的中心波长发生改变，则该光栅在接收到对应的反射信号也可发生改变。因此，在接收到反射信号的情况下，该解调模块8可根据接收到反射信号，确定各光栅的中心波长对应的变化量，进而基于该中心波长对应的变化量，来确定环境数据的变化量。

具体的，针对色散补偿后的第一分路信号中的每个子信号，该子信号的色散延时包含变化延时和固定延时。其中，该固定延时可为基于该子信号对应的光栅的中心波长确定，也可为基于历史测量时刻确定出的该子信号对应的光栅的中心波长确定。该变化延时可为基于该子信号对应的光栅的中心波长从历史测量时刻到当前时刻出现的变化量确定，也可为基于该子信号对应的光栅的中心波长从初始状态到当前时刻所对应的状态之间的变化量确定。该初始状态对应的中心波长为制造光栅过程中预设的该光栅对应的中心波长，具体可由光栅对应的栅距等参数确定。

于是，该解调模块8可根据第二分路信号和色散补偿后的第一分路信号，确定该第一分路信号中各子信号分别对应的变化延时，再针对每个子信号，根据该子信号对应的变化延时，确定该子信号对应的光栅的变化量。

进一步的，通常情况下，由于光信号对应的检测难度较高，直接对光信号进行处理的设备的成本也较高。因此，为了节约成本，本说明书中的该光纤传感器中还可设置有光电探测器，由光电探测器将检测到的光信号转化为电信号，由解调模块8后续基于确定出的电信号进行处理。

具体的，图2为本说明书提供的光纤传感器的结构示意图。其中，该光纤传感器由以下器件组成：光源1、矢量网络分析仪2、电光强度调制器3、包含弱反光栅阵列的光纤4、光纤放大器5、光纤耦合器6、色散补偿模块7、解调模块8和光电探测器9。

其中，该光纤耦合器6的输出端和光电探测器9的输入端连接，该色散补偿模块7的输出端和光电探测器9的输入端连接，该光电探测器9的输出端和解调模块8的输入端连接。

其中，连接光纤耦合器6的输出端的光电探测器9与连接色散补偿模块7的输出端的光电探测器9可为同一光电探测器，也可为不同光电探测器，图中以上述两个光电探测器为不同光电探测器为例进行说明，具体该光纤传感器中的光电探测器的数量以及与其他器件的连接关系等可根据需要进行设置，本说明书对此不做限制。

则该光电探测器9可将接收到的光信号转换成电信号，由解调模块8基于接收到的电信号来确定包含弱反光栅阵列的光纤4的环境数据。

进一步的，在光电探测器9确定出色散补偿后的第一分路信号和第二分路信号分别对应的电信号后，该解调模块8可基于确定出的电信号，来确定包含弱反光栅阵列的光纤4的环境数据。

具体的，假设光源产生的光信号的幅值为A，光信号的角频率为ω，光信号的初始相位为

然后，针对该包含弱反光栅阵列的光纤4中的每个弱反光栅，假设该弱反光栅的有效反射率为D

假设第一分路信号和第二分路信号的平方和为反射信号的平方和，则第二分路信号可为

经色散补偿后的第一分路信号可为

则解调模块8在接收到电信号后，可基于接收到的电信号，确定电信号对应的波形，再基于获取到的电信号的波形，来确定上述t

而如前所述的，针对色散补偿后的第一分路信号中的每个子信号，该子信号的色散延时包含变化延时和固定延时。本说明书需确定变化延时，再基于变化延时确定该子信号对应的光栅的变化量。而在确定出色散延时后，想要确定出变化延时，则需先确定出固定延时。

具体的，该解调模块8可获取历史测量时刻确定出的色散补偿后的第一分路信号和第二分路信号。其中，该历史测量时刻可为上一测量时刻，也可为初始测量时刻，还可为初始测量时刻和上一测量时刻之间的任一测量时刻。初始测量时刻为将该光纤传感器固定在待测物体后的第一个测量时刻。当然，该解调模块8也可从各历史测量时刻中，确定指定数量个历史测量时刻，作为特定测量时刻，再获取各特定测量时刻确定出的色散补偿后的第一分路信号和第二分路信号。具体该解调模块8确定出的用于确定当前时刻光纤的变化量的历史测量时刻的数量及其对应的具体时刻，可根据需要进行设置，本说明书对此不做限制。

于是，该解调模块8可根据历史测量时刻确定出的色散补偿后的第一分路信号和第二分路信号，确定在历史测量时刻该包含弱反光栅阵列的光纤4中各光栅分别对应的子信号的色散延时，作为当前时刻该包含弱反光栅阵列的光纤4中各光栅分别对应的历史延时，也即上述描述中所述的固定延时。

其次，针对每个子信号，在确定出该子信号对应的光栅的固定延时后，该解调模块8可根据当前时刻确定出的第二分路信号和色散补偿后的第一分路信号，确定该包含弱反光栅阵列的光纤4中各光栅分别对应的子信号的色散延时。以及针对每个光栅，根据该光栅对应的子信号的固定延时和色散延时，确定该光栅对应的子信号的变化延时。

然后，在确定出变化延时后，该解调模块8可确定色散补偿模块7对应的色散补偿函数。则根据色散补偿函数和该变化延时，该解调模块可确定该子信号的中心波长的变化量。

假设色散补偿函数为K()，该子信号为包含弱反光栅阵列的光纤4中第i个光栅对应的子信号，则该子信号的中心波长为λ

最后，该解调模块8可根据确定出的中心波长的变化量和包含弱反光栅阵列的光纤4的物理属性，确定该子信号对应的光栅的变化量。以该包含弱反光栅阵列的光纤4的物理属性为弹光效应系数O、热光效应系数P和热膨胀系数Q为例，则基于光栅的中心波长变化量公式，可有如下公式成立：Δλ

更进一步的，在该光栅的某项物理属性数值较小的情况下，该解调模块8还可基于出该物理属性外的其他物理属性，以及该光栅的中心波长的变化量，确定该光栅的中心波长。

假设包含弱反光栅阵列的光纤4的热膨胀系数Q为10

另外，通常情况下，光电耦合器相较于光电探测器的成本更低。因此，相较于在光纤传感器中设置两个光电探测器，或者使用包含两个光路的光电探测器来组成光纤传感器，将第一分路信号和第二分路信号通过光电耦合器，批核为一路信号，再基于耦合结果来确定包含弱反光栅阵列的光纤4中各光栅分别对应的变化量。成本更低，适用性更强。因此，该光纤传感器中还可设置有第一光纤耦合器和第二光纤耦合器。如图3所示。

图3为本说明书提供的光纤传感器的结构示意图。其中，该光纤传感器由以下器件组成：光源1、矢量网络分析仪2、电光强度调制器3、包含弱反光栅阵列的光纤4、光纤放大器5、第一光纤耦合器60、第二光纤耦合器61、色散补偿模块7、解调模块8和光电探测器9。

其中，该第一光纤耦合器60的输入端和光纤放大器5的输出端连接，该第一光纤耦合器60的输出端的分别和第二光纤耦合器61的输入端以及色散补偿模块7的输入端连接，该第二光纤耦合器61的输入端分别和第一光纤耦合器60的输出端和色散补偿模块7的输出端连接。

于是，该第一光纤耦合器60，可将接收到的放大后的反射信号进行分路，得到第一分路信号和第二分路信号，再将该第一分路信号输入色散补偿模块7中，以及将第二分路信号输入第二光纤耦合器61中。

则该色散补偿模块7，可对接收到的第一分路信号进行色散延时，确定色散补偿后的第一分路信号，以及将色散补偿后的第一分路信号输入第二光纤耦合器61。

该第二光纤耦合器61，可将接收到的色散补偿后的第一分路信号和所述第二分路信号进行耦合，得到待测信号，并将待测信号输入解调模块8。

则该解调模块8，可确定接收到的待测信号，确定待测信号对应于第一分路信号的分量，以及对应于第二分路信号的分量。再采用前述基于色散补偿后的第一分路信号和第二分路信号确定所述包含弱反光栅阵列的光纤4中各光栅分别对应的变化量的方式，根据接收到的待测信号的不同分量，确定所述包含弱反光栅阵列的光纤4中各光栅分别对应的变化量。

进一步的，当光纤所在的外界环境出现变化时，光栅对应的中心波长会发生变化，相邻两光栅之间的光纤对应的光程差也会发生改变。因此，在确定出色散补偿后的第一分路信号和第二分路信号后，该解调模块8还可基于确定出的色散补偿后的第一分路信号和第二分路信号，来确定包含弱反光栅阵列的光纤4中各光纤的变化量。

具体的，该解调模块8可针对该包含弱反光栅阵列的光纤4中的每两个相邻光栅，确定该两个相邻光栅中各光栅分别对应的子信号沿所述包含弱反光栅阵列的光纤4传输时的延时，分别作为当前时刻确定出的第一延时和第二延时。以该两个相邻光栅为第1个光栅和第2个光栅为例，则当前时刻确定出的第一延时为上述确定出的t

其次，该解调模块8可确定第一延时和第二延时之差，作为第一差距。并确定历史测量时刻确定出的第一延时和第二延时，以及确定该历史测量时刻确定出的第一延时和第二延时之差，作为第二差距。则第一差距和第二差距之间，即为光程延时。也就是说，当前时刻确定出的该第一延时和该第二延时之间的差距，以及历史测量时刻确定出的第一延时和第二延时之间的差距的变化量，为该两个相邻光栅之间的光纤的光程差的变化引起的延时。

然后，该解调模块8可根据光程延时，确定所述该两个相邻光栅之间的光纤的光程差的变化量。

假设该两个相邻光栅为第i个光栅和第i+1个光栅，若光速为c，连接第i个光栅和第i+1个光栅的光纤的光程差为OPD，光程差的变化量为ΔOPD

最后，该解调模块8可确定出的光程差的变化量和包含弱反光栅阵列的光纤4的物理属性，确定该两个相邻光栅之间的光纤的变化量。其中，该物理属性至少包括弹光效应系数、热光效应系数、有效折射率和该两个相邻光栅之间的光纤的物理长度。

以该包含弱反光栅阵列的光纤4的物理属性为弹光效应系数O、热光效应系数P、热膨胀系数Q、S

于是，该解调模块可确定包含弱反光栅阵列的光纤4中各光栅分别对应的变化量，以及各光栅之间的光纤分别对应的变化量。因此，本说明书中的该光纤传感器可实现对包含弱反光栅阵列的光纤4的全分布式光纤温度和应变测量。

需要说明的是，上述确定光纤的光程差的变化量时使用的数据对应的历史测量时刻，与上述确定光栅的变化量时使用的数据对应的历史测量时刻，可为相同时刻，也可为不同时刻。且上述确定光纤的光程差的变化量时使用的数据对应的历史测量时刻，与上述确定光栅的变化量时使用的数据对应的历史测量时刻类似，可为上一测量时刻，也可为初始测量时刻，还可为初始测量时刻和上一测量时刻之间的任一测量时刻或指定数量个测量时刻。具体该解调模块8确定出的用于确定光纤的光程差的变化量时使用的数据对应的历史测量时刻的数量及其对应的具体时刻，可根据需要进行设置，本说明书对此不做限制。

进一步的，由于外界环境中的温度和应变都会影响光纤传感器确定出的变化量。而对于一个待测物体，将光纤传感器应用于该待测物体的目的，可能为仅确定待测物体的形变或仅确定该待测物体的温度变化。因此，上述光纤传感器中的包含弱反光栅阵列的光纤4可具体包括目标光纤和参考光纤。其中，假设A为目标变量。该目标光纤用于确定待测物体的环境变化，该参考光纤用于排除该待测物体的环境中除目标变量外的其他环境变量导致该目标光纤出现的变化。

具体的，将目标光纤和待测物体固定连接，并将参考光纤与待测物体浮动连接。其中，该浮动连接为该参考光纤不受待测物体的形变影响的情况下，该参考光纤和待测物体的连接方式。

于是，该参考光纤可确定除待测物体的形变外的其他环境变量，导致该参考光纤中各位置分别对应的变化量。则基于该参考光纤对应的变化量，将该目标光纤对应的变化量减去该参考光纤对应的变化量，剩下的变化量为待测物体的形变变化引起的该目标光纤对应的变化量。

当然，还可将目标光纤和参考光纤均固定连接在待测物体上。并在参考光纤外包覆隔热层，使参考光纤不受环境温度变化的影响。

于是，该参考光纤可确定除待测物体的温度变化外的其他环境变量，导致该参考光纤中各位置分别对应的变化量。则基于该参考光纤对应的变化量，将该目标光纤对应的变化量减去该参考光纤对应的变化量，剩下的变化量为待测物体的温度变化引起的该目标光纤对应的变化量。

更进一步的，在上述光纤传感器中的包含弱反光栅阵列的光纤4具体包括目标光纤和参考光纤的情况下，该光纤传感器中的电光强度调制器3的输出端可分别与该参考光纤和目标光纤的输入端连接，也就是说，该光纤传感器中的电光强度调制器3的输出端输出的光信号可分别输入参考光纤和目标光纤中。则光纤放大器5的输入端可接收参考光纤和目标光纤的反射信号。

具体的，该解调模块8可根据接收到的参考光纤对应的第二分路信号和色散补偿后的第一分路信号，确定参考光纤中各光栅对应的变化量，作为第一变化量。

然后，该解调模块8可根据接收到的目标光纤的对应的第二分路信号和色散补偿后的第一分路信号，确定目标光纤中各光栅对应的变化量，作为各第二变化量。

最后，该解调模块8可根据第一变化量和第二变化量，确定所述待测物体的环境数据的变化量。

另外，在本说明书中，为了实现光信号在包含弱反光栅阵列的光纤4中双向传播的这一目的，光纤传感器中还包括光纤环形器10。其中，该光纤环形器10和包含弱反光栅阵列的光纤4连接。

其中，该光源1、矢量网络分析仪2、所述电光强度调制器3与包含纤环形器10的输入端，形成了包含弱反光栅阵列的光纤4的输入光路。

光纤环形器10的输出端、光纤放大器5、光纤耦合器6、色散补偿模块7和解调模块8，形成包含弱反光栅阵列的光纤4的输出光路。如图4所示。

图4为本说明书提供的光纤传感器的结构示意图。其中，该光纤传感器由以下器件组成：光源1、矢量网络分析仪2、电光强度调制器3、包含弱反光栅阵列的光纤4、光纤放大器5、光纤耦合器6、色散补偿模块7、解调模块8和光纤环形器10。

其中，该光纤环形器10和包含弱反光栅阵列的光纤4连接，电光强度调制器3的输出端与光纤环形器10的输入端连接，光纤环形器10的输出端和光纤放大器5的输入端连接。

则该光纤环形器10可将电光强度调制器3调制后的光信号输入包含弱反光栅阵列的光纤4，以及将包含弱反光栅阵列的光纤4产生的反射信号输入光纤放大器5。

需要说明的是，上述调制模块可为拥有计算能力的电子设备，也可为在矢量网络分析仪中的用于对接收到的信号进行分析的模块。于是，光电探测器9的输出端可与矢量网络分析仪2连接。

则该矢量网络分析仪可基于接收到的电信号，以及生成的微波信号，针对微波调制信号的每个频率，得到该频率下的幅值和相位信息。并通过扫描微波调制信号的频率来完成对微波调制信号的各频率分别对应的光信号的同步测量，得到该矢量网络分析仪接收到的各信号的幅值及相位响应，即频域响应，也就是频域信号。则频域信号可为

于是，在确定出频域信号后，由于本说明书中需基于各延时来确定包含弱反光栅阵列的光纤4中各位置分别对应的变化量，因此，该解调模块可将该该频域信号转换为时域信号。其中，该时域信号可为

则基于确定出的时域信号，该解调模块8可执行后续步骤。

在相邻弱反光栅的距离较近的情况下，由于本说明书中需基于反射信号对应的频域信号来确定对应的时域信号，因此也不会存在相邻两光栅对应的反射信号叠加的情况出现，保证了测量效率。

基于同样思路，本说明书提供一种测量方法，如图5所示。

图5为本说明书提供的测量方法的流程示意图。该测量方法应用于光纤传感器中，所述光纤传感器至少由以下器件组成：光源1、矢量网络分析仪2、电光强度调制器3、包含弱反光栅阵列的光纤4、光纤放大器5、光纤耦合器6、色散补偿模块7、解调模块8。其中：

S100：将根据光源1生成的光信号和矢量网络分析仪2生成的微波信号产生的调制后的光信号，输入包含弱反光栅阵列的光纤4。

在本说明书提供的一个或多个实施例中，该光纤传感器可通过电光强度调制器3，根据矢量网络分析仪2产生的微波信号，对光源1产生的光信号进行调制，并将调制后的光信号输入包含弱反光栅阵列的光纤4中。

S102：将所述包含弱反光栅阵列的光纤4产生的反射信号进行分路，得到第一分路信号和第二分路信号，并对所述第一分路信号进行色散补偿，得到色散补偿后的第一分路信号。

S104：根据历史测量时刻确定出的第二分路信号和色散补偿后的第一分路信号，以及当前时刻确定出的所述第二分路信号和所述色散补偿后的第一分路信号，确定当前时刻所述色散补偿后的第一分路信号中各子信号分别对应的变化延时。

S106：针对所述色散补偿后的第一分路信号中的每个子信号，根据该子信号的变化延时，确定该子信号对应的光栅的变化量。

在本说明书提供的一个或多个实施例中，上述步骤S100-S106中的各步骤，可参见上述对光纤传感器中各器件的描述。本说明书在此不再赘述。

以上为本说明书的一个或多个实施例提供的光纤传感器以及测量方法，基于同样的思路，本说明书还提供了相应的测量装置，如图6所示。

图6为本说明书提供的一种测量装置的示意图，该测量装置应用于光纤传感器中，所述光纤传感器至少由以下器件组成：光源1、矢量网络分析仪2、电光强度调制器3、包含弱反光栅阵列的光纤4、光纤放大器5、光纤耦合器6、色散补偿模块7、解调模块8；其中：

调制单元200，用于将根据光源1生成的光信号和矢量网络分析仪2生成的微波信号产生的调制后的光信号，输入包含弱反光栅阵列的光纤4。

分路单元202，用于将所述包含弱反光栅阵列的光纤4产生的反射信号进行分路，得到第一分路信号和第二分路信号，并对所述第一分路信号进行色散补偿，得到色散补偿后的第一分路信号。

第一确定单元201，用于根据历史测量时刻确定出的第二分路信号和色散补偿后的第一分路信号，以及当前时刻确定出的所述第二分路信号和所述色散补偿后的第一分路信号，确定当前时刻所述色散补偿后的第一分路信号中各子信号分别对应的变化延时。

第二确定单元206，用于针对所述色散补偿后的第一分路信号中的每个子信号，根据该子信号的变化延时，确定该子信号对应的光栅的变化量。

本说明书还提供了一种计算机可读存储介质，该存储介质存储有计算机程序，计算机程序可用于执行上述图5提供的一种测量方法。

本说明书还提供了图7所示的一种对应于图5的电子设备的示意结构图。如图7所示，在硬件层面，该电子设备包括处理器、内部总线、网络接口、内存以及非易失性存储器，当然还可能包括其他业务所需要的硬件。处理器从非易失性存储器中读取对应的计算机程序到内存中然后运行，以实现上述图1所述的方法。

当然，除了软件实现方式之外，本说明书并不排除其他实现方式，比如逻辑器件抑或软硬件结合的方式等等，也就是说以下处理流程的执行主体并不限定于各个逻辑单元，也可以是硬件或逻辑器件。

在20世纪90年代，对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件(Programmable Logic Device,PLD)(例如现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA))就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器(logic compiler)”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)，而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL(Advanced Boolean Expression Language)、AHDL(Altera Hardware DescriptionLanguage)、Confluence、CUPL(Cornell University Programming Language)、HDCal、JHDL(Java Hardware Description Language)、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL(RubyHardware Description Language)等，目前最普遍使用的是VHDL(Very-High-SpeedIntegrated Circuit Hardware Description Language)与Verilog。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。

控制器可以按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本说明书时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本说明书可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本说明书是参照根据本说明书实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，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、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商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、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本说明书可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本说明书的实施例而已，并不用于限制本说明书。对于本领域技术人员来说，本说明书可以有各种更改和变化。凡在本说明书的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书的权利要求范围之内。