【技术实现步骤摘要】
本申请涉及测量装置，具体而言，涉及一种极限学习机辅助的光电振荡器磁场和温度测量装置及方法。
技术介绍
1、由于磁共振成像、海洋资源勘探、热磁材料加工、导航，地球物理等各个领域应用发展迅速，对磁场的高精度同步检测的需求越来越高，磁场和温度在测量中通常是密不可分的：由于磁场的产生过程中，往往同时伴随大量的热量，因此磁场测量过程很容易受测量环境中的热、放射性干扰以及布线问题困扰，这将会限制磁强计在一些如狭小或高温高湿空间等特殊条件下的实际应用。
2、为保证高精度的磁场测量，需要同时布设温度传感器以实时获取温度变化，并结合解耦补偿温度，以实现对磁场的准确测量，同时，为有效保证工业应用的运作安全性，实现实时监测与预警，需要设置多参量传感器以实现工业中多种物理参量全景感知，其中，磁场和温度作为工业中最常见的两个物理量，准确地获取磁场、温度信息可以获知物联网的运行状态，是建立物联网多参量感知的首要任务，因此布设具有高精度、快响应、高灵敏度的磁场和温度传感器，对电力物联网的高效生产、传输与利用起到决定性作用。磁场和温度双参量测量方案研究对磁场高精度监测具有重要意义。
3、目前的工业应用中亟需设置能够测量磁场、温度的传感器以实现全景感知，且在测量环境中由于磁场温度伴随产生，为实现高精度的磁场测量，需要相应的温度测量方案以解决交叉敏感问题。
4、但是，传统电学传感器存在易受电磁干扰、响应时间有限等问题。光纤测量技术存在分辨率低、响应速度受限等问题。而微波光子测量方案可以提升光纤传感器的分辨率、响应速度和灵敏度，但
5、因此，综上所述，为实现高精度的磁场和温度双参量测量，亟需提出一种结构紧凑的具有高稳定性、高精度的磁场和温度双参量测量方案。
技术实现思路
1、为了解决现有的测量技术中，磁场和温度双参量测量系统存在稳定性差、响应速度慢的问题，本申请提供了一种极限学习机辅助的光电振荡器磁场和温度测量装置及方法。
2、本申请的实施例是这样实现的：
3、第一方面，本申请提供一种极限学习机辅助的光电振荡器磁场和温度测量装置，包括：
4、光电振荡器传感系统，在所述光电振荡器传感系统中构建了宽谱光源、调制器、马赫曾德尔干涉仪、色散元件和光电探测器构成了由色散效应导致的有限脉冲响应微波光子滤波器及基于光纤环的无限脉冲响应滤波器，以实现对光电振荡器生成的振荡信号的选频工作；
5、极限学习机后处理系统，通过所述极限学习机后处理系统进行解耦，仅需将光电振荡器的输出信号采集并输入训练好的所述极限学习机后处理系统中，所述极限学习机后处理系统可以直接准确地输出磁场强度与温度信息。
6、在一种可能的实现方式中，所述光电振荡振荡器传感系统包括光源、两个1×2光耦合器、两个偏振控制器、可调节光延迟线、电光调制器、单模光纤、光放大器，两个2×2光耦合器、光电探测器及微波放大器。
7、在一种可能的实现方式中，所述有限脉冲响应微波光子滤波器同时与磁场、温度两个参量相关，其中心频率的变化决定光电振荡振荡器的振荡频率变化，以达成由磁场、温度到光电振荡振荡器振荡信号主模频率的映射。
8、在一种可能的实现方式中，所述无限脉冲响应滤波器的自由光谱范围决定光电振荡振荡器生成信号的边模频率间隔，其仅与温度有关，以实现由温度到光电振荡振荡器振荡信号边模频率的映射。
9、在一种可能的实现方式中，所述光源采用宽谱光源，输出的光信号经由第一个1×2光耦合器，均匀的分成两路，沿着马赫曾德尔干涉仪的两个臂传输，并通过第二个1×2光耦合器合路。
10、在一种可能的实现方式中，可调节光延迟线位于马赫曾德尔干涉仪的上臂上，用于匹配两个臂的臂长，并产生一个初始的长度差；
11、马赫曾德尔干涉仪的其中下臂作为传感臂，上臂则为参考臂，传感臂上的传感区域中的光纤被粘有磁致伸缩材料上，同时对磁场和温度敏感。
12、在一种可能的实现方式中，所述电光调制器用于将光电振荡器所产生的微波信号调制于光信号。
13、在一种可能的实现方式中，调制后的光信号经过色散元件产生时延并经过光放大器放大后由光电探测器转变为电信号，再经过微波放大器放大后，分成两部分，其中一部分重新反馈回电光调制器的射频端，形成光电振荡器的环路，另一部分作为微波信号的输出，通过极限学习机后处理系统监测微波信号并解调得到磁场、温度的变化。
14、在一种可能的实现方式中，通过一个2×2光耦合器与一段单模光纤构成了一个光纤环，在传感区域中仅对温度敏感。
15、第二方面，本申请提供一种极限学习机辅助的光电振荡器磁场和温度测量方法，包括：
16、通过马赫曾德尔干涉仪实现对宽谱光源出射的光信号的光谱切割，进一步改变切割后光信号的自由光谱范围，被切割后的光源在经电光调制器的调制、并经色散元件传输后，经光电探测器检测，获得中心频率受温度、磁场共同影响的有限脉冲响应微波光子滤波器；
17、基于光纤环的无限脉冲响应滤波器的fsr受光纤环所受的温度影响，改变无限脉冲响应微波光子滤波器的自由光谱范围；
18、将两种微波光子滤波器嵌入光电振荡器中，对光电振荡器的振荡信号的选模，实现将磁场和温度双参量到光电振荡器生成信号频谱的映射；
19、光电振荡器振荡信号的主模的中心频率由有限脉冲响应微波光子滤波器的中心频率决定，该频率位置随磁场和温度参量变化；
20、边模频率间隔由无限脉冲响应滤波器的自由光谱范围决定，其仅与温度有关，因此通过读取和解耦光电振荡器的输出信号的主模频率和边模频率，可以得到温度、磁场信息；
21、为降低主模、边模频率的读数误差，提高传感系统的磁温双参量传感精度，使用极限学习机进行解耦，仅需将光电振荡器的输出信号采集并输入训练好的极限学习机中，极限学习机可以直接准确地输出磁场强度与温度信息。
22、本申请提供的技术方案至少可以达到以下有益效果：
23、本申请提供的极限学习机辅助的光电振荡器磁场和温度测量装置，通过利用光电振荡振荡器作为谐振腔，可以产生纯净的高频率微波信号，传感信号的相位噪声较低，稳定性较好，同时不需要外部微波源，降低了系统的复杂度和成本。
24、还通过将磁致伸缩材料粘贴于光纤上，由外界磁场引起的材料伸缩可传导到光纤上，影响马赫曾德尔干涉仪的自由光谱范围，进而影响微波光子滤波器的中心频率，有效地将磁场测量转化为了对光电振荡振荡器的振荡信号频率的监测，增大了测量的灵敏度。
25、同时通过监测光电振荡器的输出信号的中心频率与其他模式频率，并通过elm进行解调，能够在简单紧凑的硬件条件下达成双参量测量，由于克服了磁场传感中的温度交叉灵敏问题，且测量系统具有较高的系统稳定度，该专利技术具有更高的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种极限学习机辅助的光电振荡器磁场和温度测量装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的极限学习机辅助的光电振荡器磁场和温度测量装置，其特征在于，所述光电振荡器传感系统包括光源、两个1×2光耦合器、两个偏振控制器、可调节光延迟线、电光调制器、单模光纤、光放大器，两个2×2光耦合器、光电探测器及微波放大器。
3.如权利要求2所述的极限学习机辅助的光电振荡器磁场和温度测量装置，其特征在于，所述有限脉冲响应微波光子滤波器同时与磁场、温度两个参量相关，其中心频率的变化决定光电振荡器的振荡频率变化，以达成由磁场、温度到光电振荡器振荡信号主模频率的映射。
4.如权利要求3所述的极限学习机辅助的光电振荡器磁场和温度测量装置，其特征在于，所述无限脉冲响应滤波器的自由光谱范围决定光电振荡器生成信号的边模频率间隔，其仅与温度有关，以实现由温度到光电振荡器振荡信号边模频率的映射。
5.如权利要求4所述的极限学习机辅助的光电振荡器磁场和温度测量装置，其特征在于，所述光源采用宽谱光源，输出的光信号经由第一个1×2光耦合器，均匀的分成两路，沿着马赫曾德
6.如权利要求所述5的极限学习机辅助的光电振荡器磁场和温度测量装置，其特征在于，可调节光延迟线位于马赫曾德尔干涉仪的上臂上，用于匹配两个臂的臂长，并产生一个初始的长度差；
7.如权利要求6所述的极限学习机辅助的光电振荡器磁场和温度测量装置，其特征在于，所述电光调制器用于将光电振荡器所产生的微波信号调制于光信号。
8.如权利要求7所述的极限学习机辅助的光电振荡器磁场和温度测量装置，其特征在于，调制后的光信号经过色散元件产生时延并经过光放大器放大后由光电探测器转变为电信号，再经过微波放大器放大后，分成两部分，其中一部分重新反馈回电光调制器的射频端，形成光电振荡器的环路，另一部分作为微波信号的输出，通过极限学习机后处理系统监测微波信号并解调得到磁场、温度的变化。
9.如权利要求8所述的极限学习机辅助的光电振荡器磁场和温度测量装置，其特征在于，通过一个2×2光耦合器与一段单模光纤构成了一个光纤环，在传感区域中仅对温度敏感。
10.一种极限学习机辅助的光电振荡器磁场和温度测量方法，应用于权利要求1-9中任一所述的测量装置，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种极限学习机辅助的光电振荡器磁场和温度测量装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的极限学习机辅助的光电振荡器磁场和温度测量装置，其特征在于，所述光电振荡器传感系统包括光源、两个1×2光耦合器、两个偏振控制器、可调节光延迟线、电光调制器、单模光纤、光放大器，两个2×2光耦合器、光电探测器及微波放大器。
3.如权利要求2所述的极限学习机辅助的光电振荡器磁场和温度测量装置，其特征在于，所述有限脉冲响应微波光子滤波器同时与磁场、温度两个参量相关，其中心频率的变化决定光电振荡器的振荡频率变化，以达成由磁场、温度到光电振荡器振荡信号主模频率的映射。
4.如权利要求3所述的极限学习机辅助的光电振荡器磁场和温度测量装置，其特征在于，所述无限脉冲响应滤波器的自由光谱范围决定光电振荡器生成信号的边模频率间隔，其仅与温度有关，以实现由温度到光电振荡器振荡信号边模频率的映射。
5.如权利要求4所述的极限学习机辅助的光电振荡器磁场和温度测量装置，其特征在于，所述光源采用宽谱光源，输出的光信号经由第一个1×2光耦合器，均匀的分成两路，沿着马赫曾德尔干涉仪的两个臂传输，并经由第二个...
【专利技术属性】
技术研发人员：王目光，蔡诗怡，高浦峰，武蓓蕾，王健，王子潇，范国芳，延凤平，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：
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