專利名稱：：光傳感器詢問系統(tǒng)的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，尤其涉及用于具有光學距離測量能力的、基于多掃描速率的掃描波長激光器的光傳感器詢問系統(tǒng)的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
：光學傳感應(yīng)用在多個領(lǐng)域中增長，諸如民用結(jié)構(gòu)、航空宇宙、油和氣、許多其它之間。要對光傳感器技術(shù)繼續(xù)進行更多的發(fā)展。隨著傳感器性能和復雜化的增加，對于光學測量設(shè)備(例如傳感器詢問器，包括光源，檢測器和波長參考)來說，顯現(xiàn)出日益迫切需要在多種物理和環(huán)境條件下監(jiān)控光傳感器的速度、精確度和可靠性。盡管傳感器應(yīng)用多樣化，但是下面的傳感器詢問器需求對于多種應(yīng)用是公共的。詢問器將對多個傳感器(50—100個傳感器)，優(yōu)選地數(shù)千個傳感器，提供精確和可靠的、低噪聲波長測量(優(yōu)選地+/—2至5111)。詢問器能夠利用多個信道(例如4個信道，并且優(yōu)選地可擴展為16個信道)起作用。詢問器具有高光學功率的高速數(shù)據(jù)獲取(例如250Hz-lKHz)，以便確保高獲取速度下的高動態(tài)范圍(DR)，以及確定性的數(shù)據(jù)獲取和轉(zhuǎn)移至PC(例如與TCP-IP通信協(xié)議的兼容性)。詢問器也將具有寬廣的工作溫度范圍(例如10-40°C，或0-50°C)，并且對預涂涂裝(fieldapplication)顯示出機械可靠性(比如在TelcordiaTechnologies文獻，GR-63-CORE中概括的)。此外，詢問器應(yīng)當能夠甚至使用長的引入光纖(例如100km來回行程)提供精確和可靠的傳感器測量。存在多種基本詢問器系統(tǒng)設(shè)計選擇，試圖滿足上面列出的寬廣需要。通過商業(yè)上可獲得的二極管陣列，具有寬帶源、色散元件和二極管陣列這種系統(tǒng)的系統(tǒng)不能實現(xiàn)需要的波長測量可重復性和分辨率。低寬帶源功率限制了信道計數(shù)/傳感器能力以及至傳感器的動態(tài)范圍/距離的最終需要的組合。具有寬帶源和光譜分析器(OSA)或?qū)嶒炇叶嗑€路波長計OSAs的系統(tǒng)是大、緩慢、昂貴的，并且不具有寬的工作溫度范圍。多線路波長計僅以低速度獲取數(shù)據(jù)，并且機械上是不堅固的。再次地，低寬帶源功率限制了信道計數(shù)/傳感器能力以及至傳感器的動態(tài)范圍/距離的最終需要組合。具有光學時域反射計的系統(tǒng)(OTDR)OTDR/TDM(取決于時間的多路復用)-這種系統(tǒng)的低損耗預算排除了它們與優(yōu)選更大量的傳感器和/或信道一起的使用，并且數(shù)據(jù)獲取頻率隨著增加的傳感器數(shù)量而按比例減小。最小物理光柵間隔限制了這種系統(tǒng)在一些應(yīng)用中的使用。具有具有功率計和波長計的外腔可調(diào)諧激光器的系統(tǒng)-外腔可調(diào)諧激光器是緩慢、昂貴的，并且不具有寬的工作溫度范圍或需要的機械堅固性。功率計和波長計的增加增加了體積、復雜性和成本，以及減小了可靠性和速度。窄線激光器的極化特性對于全部傳感應(yīng)用來說不是理想匹配的。相反，采用諸如在U.S.專利6449047中描述的掃描波長(sweptwavelength)激光源的詢問器提供了需要的光學輸出功率以用于高信道和高傳感器數(shù)量，而不折衷高數(shù)據(jù)獲取速度或高測量動態(tài)范圍。利用掃描波長激光源，以從100Hz-lkHz(具有在2-10kHz范圍中的潛能)的速度，每一個傳感器具有25dB的動態(tài)范圍，光傳感器詢問器可以橫越四個信道同步收集數(shù)十或上百個傳感器上的數(shù)據(jù)。高輸6出功率也允許到遙遠的傳感器的物理到達，使新的光傳感器應(yīng)用成為可能。例如，給出0.22dB/km的光纖衰減常數(shù)(例如對ComingSMF-2②光纖)，si425光學傳感詢問器(Micron,Optics,AtlantaGA)能夠適應(yīng)超過100km來回行程的光纖引入長度。掃描波長光纖激光器的熱和機械堅固性使得可實現(xiàn)現(xiàn)場準備方案，其滿足對于熱沖擊和存儲、傳送和辦公室震動、以及高相對濕度、以及需用于多種應(yīng)用的寬工作溫度范圍的嚴格可靠性要求。掃描波長激光傳感器詢問器設(shè)計己經(jīng)通過了在TelcordiaGR-63中闡述的全部熱和機械存儲和沖擊環(huán)境，并且顯示出10-40°C，或0-50。C的寬闊工作溫度范圍。高分辨率檢測和低噪聲使得可實現(xiàn)最嚴格光學傳感測量所需要的分辨率和可重復性。100Hz-lkHz處產(chǎn)生的數(shù)據(jù)允許對傳感器值快速和便利地求平均，以便產(chǎn)生大于0.02pm的測量靈敏度。因此，盡管幾種測量方法可以解決列出的一部分需要，但是采用掃描波長光纖激光系統(tǒng)的詢問器系統(tǒng)唯一地能夠同步滿足上面所列需要的全部。掃描波長激光器用作光纖光傳感器詢問系統(tǒng)的光源具有多個優(yōu)點。然而為了產(chǎn)生精確和可靠的傳感器測量，必須連續(xù)校準這種傳感器詢問系統(tǒng)的掃描波長激光。由于該源被掃描，所以如在這種系統(tǒng)中感知的，傳感器波長易受光纖中光有限光速產(chǎn)生的偏移的影響。本發(fā)明提供了用于校準傳感器詢問系統(tǒng)特別是采用掃描波長激光器的那些傳感器詢問系統(tǒng)的潛在非線性源的影響和耦合至光傳感器的傳輸光纖中有限光速的相關(guān)影響的方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及為測量諸如光纖光傳感器的窄帶光傳感器并補償與具有掃描波長光源的傳感器詢問系統(tǒng)的使用相關(guān)的潛在傳感器波長誤差而設(shè)計的設(shè)備和方法。該設(shè)備和方法也以高精確度提供從該設(shè)備至一個或多個(優(yōu)選多于一個)互連的光纖光傳感器的距離測量。本發(fā)明的設(shè)備和方法對在其中傳感器產(chǎn)生多個窄帶光學信號的那些系統(tǒng)特別有用，比如由光纖BraggGrating傳感器和光纖Fabry-Perot傳感器例如光纖F-P千涉計產(chǎn)生的那些信號。本發(fā)明的設(shè)備和方法對在其中使用包括掃描波長光纖激光器的掃描波長激光器作為為可調(diào)諧的光源的那些詢問系統(tǒng)特別有用。本發(fā)明的設(shè)備結(jié)合掃描波長(也就是可調(diào)諧的波長)光源，利用集成光學波長參考連續(xù)監(jiān)控該光源。光學檢測系統(tǒng)同步處理來自光學波長參考信道和傳感器測量信道的信號。計算機控制(優(yōu)選地內(nèi)置)用于控制發(fā)射器和接收器電路，對測量數(shù)據(jù)執(zhí)行各種計算，并且提供用戶接口。在傳感器詢問器系統(tǒng)中，通過比較在波長參考信道上檢測到的信號之間的時延和由傳感器測量信道處理的信號執(zhí)行基本的傳感器波長測量。當光源的掃描速率非常低時，或者從詢問器至光傳感器的距離非常短時，在光學參考信道信號和傳感器測量信號之間存在直接的時間關(guān)系。然而，當掃描速率或傳感器光學距離增加時，互連光纖中有限光速引起的延遲將在至檢測電路的返回光學信號中引起延遲。光源的不同掃描速率的使用將導致不同的、明顯的傳感器波長偏移，盡管對于給定的傳感器沿光纖的飛行時間將精確地相同。能夠采用從相同的傳感器獲取的兩個不同掃描速率的數(shù)據(jù)計算至給定的傳感器的距離。在具體實施例中，在兩個不同的已知掃描速率對于給定傳感器的波長測量的飛行校正的時間的迭代計算，假定實際的飛行對于兩個測量條件是相同的，使得可實現(xiàn)從詢問系統(tǒng)至傳感器的物理距離的精確和可靠的確定。該方法可用于測量從光纖光傳感器陣列中的每一個傳感器至詢問系統(tǒng)的光學距離(實際距離與光纖折射率的知識)。然后，至每一個傳感器的光學距離可以用于通過校正由于傳感器信號延遲的波長偏移來精確測量陣列中每一個傳感器的傳感器波長。本發(fā)明具體提供了一種利用多個激光掃描速率推斷至多個窄帶光傳感器比如FBG傳感器的光學距離方法。本發(fā)明進一步涉及用于進行這種多個掃描速率測量的激光器和詢問器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明進一步提供了一種方法，其用于基于每一個不同激光掃描速率下由每個傳感器測量的飛行時間產(chǎn)生的標準化的成比例時延，推斷從詢問器至傳感器系統(tǒng)中的一個或多個光傳感器的光學距離(以及實際距離)。能將通過于此描述的計算而產(chǎn)生的光學距離輸出至顯示器、存儲至存儲器、打印或者另外作為輸出產(chǎn)生及用于各種目的，包括傳感器測量中使用它們來補償飛行時間引起的傳感器測量偏移。在具體實施例中，光學距離數(shù)據(jù)被輸出進入計算機或處理器系統(tǒng)中以補償傳感器測量中的偏移。以閉型或迭代可以求解該方法中執(zhí)行的計算。本發(fā)明也提供了傳感方法，其中補償這種偏移以提供更精確的測量。更一般地，于此的說明和方法可以采用從任何技術(shù)獲取的距離信息補償基于掃描波長激光的光學元件測量中飛行時間引起的波長偏移。從例如標準的光學時域反射計(OTDR)能夠獲取距離信息，但是OTDR不能區(qū)別光譜地窄的特征，比如通過FBG產(chǎn)生的那些。在優(yōu)選方法中，尤其適用與在其中產(chǎn)生光譜地窄的特征的系統(tǒng)，通過一系列多個速度波長掃描使用用掃描激光詢問系統(tǒng)進行距離測量。能夠在已經(jīng)安裝的傳感器和光纖上執(zhí)行該方法，并且不需要打亂或卸載該系統(tǒng)或傳感器，并且不需要詢問系統(tǒng)自身以外的任何附加設(shè)備。本發(fā)明的另一個目標是提供一種自動方法，以使光傳感器詢問器可以執(zhí)行傳感器光學距離測量和計算合適的波長校正因子。圖l縣用掃描波長源的傳^l詢問系統(tǒng)的光學元件的示意圖；歐題用具有距離觀糧能力的掃描光源的傳感詢問器系統(tǒng)的功能性框圖；圖3是包括在圖2的理想實施例中的激光鄉(xiāng)翻莫i央(TX)的功能性框圖；圖4是包括在圖2的理想實施例中的接收器?！姥?RX)的功能性框圖；圖5A和B是描述了利用圖1的系統(tǒng)中的波長參考確定傳繊波長的插值法的示意圖；在圖5A中，引入光纖的長度(L)是短的，并且它的偏移效果是可忽略的；相反，在圖5B中，引入光纖的長艦夠長以導致不可忽略的波長偏移；在本文中描述例子，其中L是100m和20Km;圖6A是描述了雙掃描速率傳繊測量法的計時示意圖，導致用于距離計算和校正的波長偏移的兩個時延(簡化瞎況)；圖6B是描述了雙掃描速率傳，測量法的計時示意圖，導致用于距離計算和校正的波長偏移的兩個時延(通常膚況)；圖7是基于飛行時間的距離測4i十算算法的示例的操作流程圖；圖8A-8H是如應(yīng)用于圖l-3中描述的系統(tǒng)中的迭代雙掃描速率距離測量禾驕的一系列四個圖形表示；在翻A-H中，兩個最高峰的較高者是在本文中作為"黑色"描述的"實際接收的信號"。兩個最高峰的較低者是在本文中作為"藍色"描述的"時間調(diào)節(jié)信號"；"FFPI"參考峰是每一個上部處都沒有圓點的一系歹湘等高度峰，在本文中被描述為"紅色"；波長參考的參考FBG部分(component)信號是與FFPI峰等高的單個較亮峰，在本文中被描述為"白色"；圖8A、C、E和G表示以掃描光源的第一掃描速率(具體地500Hz)進行的測量，而圖8B、D、F和H表示以掃描光源的第二掃描速率(具體地lKHz)進行的測量；在圖8A(500Hz)和B(lKHz)中，利用0m距離ifi古，波長差是4.1705nm;在圖8C(500Hz)禾口D(lKHz)中，利用2085m^巨離iff古，波長差是l,998nm;在圖8E(500Hz)禾口F(lKHz)中，利用a.3795mj巨離評估，波長差是0.225;在圖8G(500Hz)禾口H(IKHz)中，利用4015.2m^巨離Wf古，波長差是0.0001nm。具體實施方式"掃描光源"或"掃描波長光源"涉及一類輸出窄光譜的光源，該窄光譜能夠被在通常40nm或更大的相對寬波長范圍內(nèi)電或機械地調(diào)諧。對于傳感應(yīng)用特別感興趣的是提供1.5pm波長范圍內(nèi)波長的那些源?？梢杂糜诒景l(fā)明的掃描波長光源的例子包括掃描波長光纖激光器、外腔掃描波長激光器、分布Bragg反射器激光器(DBRL)和與可調(diào)諧濾波器結(jié)合提供掃描波長光源的寬帶源。示例的外腔掃描波長激光器包括在U.S.專利6594289中描述的那些。寬帶源，比如如在U.S.專利4730331中舉例說明的超輻射LED源(SLED)和比如在U.S.專利4637025中舉例說明的超輻射源，能夠與可調(diào)諧的濾波器尤其是Fabry-Perot可調(diào)諧的濾波器組合(參照下面列出的其它參考，U.S.6373632)以提供掃描波長光源。在本發(fā)明中有用的掃描或可調(diào)諧光源包括能夠以連續(xù)或離散的可調(diào)節(jié)掃描速率工作的那些光源。具體用于傳感器應(yīng)用的掃描波長激光器是U.S.專利6449047中描述的那種?？梢杂糜诖说牧硗獾膾呙璨ㄩL激光器由U.S.專利6816515舉例說明。能夠為傳感器波長偏移校正或簡單地測量到一或多個光傳感器的距離而實施本發(fā)明的方法的掃描光源是能夠以至少兩個不同的掃描速率操作的那些。優(yōu)選地，掃描光源可以以相差1.5至3的因子的掃描速率工作。"波長基準"是一種裝置，其可以識別和確定由掃描光源在掃描中給定點處產(chǎn)生的光的波長。在本發(fā)明的傳感器詢問系統(tǒng)中，波長被耦合至合適的光學探測器，比如光電二極管。尤其在本發(fā)明中有用的波長基準是在U.S.專利5838437、5892582、6115122和6327036中描述的那些。這些專利中的波長基準包括波長校正的多波長基準，該多波長基準包括干涉計，該干涉計提供為橫跨波長范圍的梳齒峰的光譜輸出，其中，梳齒的峰之間的間隔是精確已知的。波長基準也包括光纖BraggGrating(基準FBG)，該光纖BraggGrating提供梳齒的波長范圍內(nèi)所選擇波長處的光譜輸出(其可以是基準FBG的中心或特征波長處的峰或凹口)。FBG的光譜輸出標記識別它的波長梳齒的峰，干涉計和FBG的組合輸出提供基準光譜輸出。干涉計能夠例如是固定空腔光纖Fabry-Perot干涉計。這里所用的術(shù)語光傳感器通常指其光譜輸出對傳感器的環(huán)境中的變化(溫度、壓力、應(yīng)力等)敏感的任何傳感器，并且其中光譜輸出的變化(強度、波長、極化、相位等)表示傳感器的環(huán)境中的變化，并且能夠用于測量或傳感傳感器的環(huán)境中的變化。本發(fā)明的傳感器詢問系統(tǒng)對由于傳感器的環(huán)境變化而引起的光傳感器的波長變化的測量尤其有用。本發(fā)明特別涉及光纖光傳感器，其中光纖是有助于傳感的變換器。在具體實施例中，本發(fā)明的光傳感器是光纖BraggGrating(FBG)。光纖傳感系統(tǒng)基本由光源、光纖、傳感元件或變換器和檢測器組成。光纖傳感器的工作原理是變換器調(diào)制光學系統(tǒng)的一些參數(shù)(強度、波長、極化、相位等)，這引起在檢測器處接收的光學信號的特征改變。光纖傳感系統(tǒng)的傳感元件包括FBG。光學傳感系統(tǒng)能夠包括一個并且優(yōu)選多個FBG。光纖BraggGrating是通過在光纖芯中引入周期性的折射率結(jié)構(gòu)而形成的取決于波長的濾波器/反射器。只要寬頻譜的光束撞擊在光柵上，它的一部分能量將透射，并且另一部分將被反射掉。反射光信號將是以Bragg波長(也被稱作中心或特征波長，其對應(yīng)于兩倍的周期性單元間隔A)為中心的非常窄的峰。透射光信號包括具有以Bragg或中心波長為中心的凹口的頻譜。通過應(yīng)力或溫度引起的光纖的模態(tài)指數(shù)或光柵節(jié)距的任何改變將導致給定的FBG的Bragg或中心波長特征中的偏移。光傳感器陣列典型地包括多個傳感元件，比如FBG。傳感陣列可以包括多個FBG，每個具有不同的Bragg或中心波長?？商娲?，在給定的傳感器陣列中，可以包括多個傳感器信道，其中給定信道中的FBG每個具有不同的Bragg或中心波長。傳感器陣列能夠包括多個這種傳感器信道。本發(fā)明提供了用于測量詢問系統(tǒng)(實際上詢問系統(tǒng)的測量檢測器)和一個或多個光傳感器比如傳感器信道或陣列中的FBG之間的光學距離和物理距離的方法。經(jīng)由光纖，這些傳感器在這種信道和陣列中光學地耦合至傳感器詢問系統(tǒng)。于此可交換地使用術(shù)語光路和距離，因為如果將這些傳感器耦合至詢問器的光纖的折射率是已知的，則可以容易地從光學距離確定物理距離。圖l描述了采用掃描波長光源的光傳感器詢問系統(tǒng)(10)的光學示意圖。波長可調(diào)諧光源(例如掃描波長激光器(12))連接至光學基準信道(3)和任何數(shù)量的光傳感器測量信道(例如4，為了簡化僅示出一個測量信道)。傳感器信道可以包括一個或多個光傳感器。可以兩個或多個(多重)掃描速率橫越可編程(選擇的)的波長范圍掃描該光源。將光源信號的一部分經(jīng)由光學耦合器8(例如可以使用卯/10(測量/基準)耦合器)耦合至基準信道3和監(jiān)控相對于時間的透射輸出波長的波長基準(15)。波長基準識別和測量來自光學裝置比如光傳感器的波長，特別是來自光纖BraggGratings(FBG)的那些波長?；鶞市诺酪舶ü鈱W接收器或檢測器(19)。這些傳感器測量，例如信道4，在圖1中以虛線框描繪，并且包括耦合器9(例如50/50耦合器)、光傳感器14和光學接收器(檢測器)20。光學耦合器9通過長度(L)的光纖將來自光源12的光耦合至光傳感器14，并且將來自傳感器的光耦合進入檢測器20。每一個傳感器測量信道也包括相關(guān)的數(shù)據(jù)處理硬件(未在圖1中示出)，該相關(guān)的數(shù)據(jù)處理硬件確定被檢測的傳感器波形的具體特征，比如峰、中心、或3dB值。觸發(fā)具體傳感器測量的時刻與經(jīng)由光學基準信道提供的光源波長相關(guān)。圖2是采用具有距離測量能力的掃描光源的詢問器的功能性框圖。四個主要功能框表示激光發(fā)射器控制模塊(30)、光學接收模塊(40)、用于硬件控制和數(shù)據(jù)處理的計算和控制模塊(50)、以及用于功率分布和交互模塊電纜管理的接口(60)。接口是對詢問器電路提供必須的電壓調(diào)節(jié)、分布和濾波的接口PCB。它也提供用一種裝配用戶可用的的功率連接和開關(guān)功能的裝置。中央處理單元(CPU)是商業(yè)上可獲得的單板計算機(SBC)，該單板計算機執(zhí)行需要的全部控制和通信功能，以及對詢問器的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)執(zhí)行各種計算。發(fā)射器框(詳見圖3中)用于控制各個光學元件(半導體光學放大器，SOA，F(xiàn)iber-Fabry-PerotTunableFilter,FFPT等)和解碼并分配SBC總線信號。接收器框(見圖4)包括必須的電-光元件，需要該電-光元件來轉(zhuǎn)換光學信號成電等價物并處理以給SBC使用。圖3是圖2的發(fā)射器模塊(TX，30)的主要發(fā)射器電路的詳細框圖。微處理器(31)連接至多個掃描控制元件(32)，該多個掃描控制元件影響發(fā)射器激光器的掃描速率和范圍，以及控制用于激光增益介質(zhì)的操作參數(shù)。通過數(shù)據(jù)總線(34)經(jīng)由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移元件(33)將數(shù)據(jù)傳送至微處理器元件和傳送來自微處理器元件的數(shù)據(jù)。管理總線信號并且經(jīng)由"總線-橋控制器"將總線信號路由至合適的電路。板上Field-ProgrammableGateArray(FPGA)解碼和分配橋控制器的輸出。編程在FPGA中的電路經(jīng)由精確的數(shù)模轉(zhuǎn)換器提供FFPTF的振幅、偏置和頻率控制。這些轉(zhuǎn)換器的輸出被濾波和放大，并且用于驅(qū)動可調(diào)諧的光學濾波器。附加電路提供用于SOA的驅(qū)動和熱電冷去(KTEC)控制。圖4是包括在圖2中的接收模塊(40)的接收器電路的詳細框圖。高速度、低噪聲、互阻抗放大器將感興趣的光學信號轉(zhuǎn)換成電等價物。將從基準和DUT光學信號得到的電信號通過連接器(41)發(fā)送至接收器模塊(40)電子裝置。這些信號被進一步放大和濾波(42)以及峰檢測(44)。從峰檢測電路，經(jīng)由連接器(45)，將相關(guān)的計時脈沖發(fā)送至CPU模塊(50)以用于波長校準和距離測量。高速比較器用于提供對應(yīng)于測試中的光傳感器的峰的數(shù)字信號。圖5A和5B描述了圖1的光學掃描源詢問系統(tǒng)中使用的確定測試的光傳感器波長的基本測量技術(shù)。在該例子中，當通過掃描波長(也就是可調(diào)諧的)光源掃描光學基準時，在均勻隔開、已知的波長間隔處產(chǎn)生輪廓分明的峰。兩個波長峰，分別標記為aa和ab，用于表示檢測器處的時間相關(guān)的峰到達，表示正好在測試的傳感器波長tDUT之下和之上的基準波長峰。基于己知基準波長峰，通過插值確定測玩的光傳感器的波長。根據(jù)與已知基準波長的比較以及DUT峰和基準峰達到光電二極管時的時間計算測試的裝置(DUT)傳感器波長校準。如在兩個下面的例子的每一個中例證的，執(zhí)行插值計算DUT波長。下面例證了進行基于傳感器測量校準掃描波長的基本方法，以及例證了光學信號中的飛行延遲時間對得到的傳感器測量結(jié)果的影響。傳感器檢測以以下方式發(fā)生，由圖1中的示圖說明。掃描波長源(12)在隨著時間增加的波長范圍處發(fā)射光。在基準(3)和一個或多個傳感器測量信道(例如4)之間分裂光。光的一部分通過光學基準(15)到達基準檢測器(19)，例如光電二極管。來自源的另一部分光被透射至一個或多個傳感器例如14，然后被反射，并經(jīng)由耦合器9傳遞至傳感器測量檢測器20，該傳感器測量檢測器能夠是光電二極管。進行這兩個光電二極管的同步獲取，得到由圖5A中的說明近似的數(shù)據(jù)組。與傳感器(DUT)波長的計算相關(guān)的是五個參數(shù)1)Oa，檢測基準峰a時的時間；2)人a，基準峰a的波長；3)ab，檢測基準峰b時的時間；4)人b，基準峰b的波長；以及5)tDUT，檢測傳感器或DUT峰時的時間。以下面的方式計算DUT波長方程l:XDUT=Xa+(簡T-aa)/*FSR，其中方程2:FSR=Xb-Xa為了示例目的，將假定用于計算的一些值。因為計算基于插值，并且將消除偏移，因此Oa將被假定等于零。給出800pm的自由頻譜范圍(FSR)，80nm的可調(diào)諧激光的全掃描，以及250Hz的掃描速率(因此單個的"向上掃描"占據(jù)2ms)，t人b可被計算為(0.8nm/80nm)*2ms=20.0j^s。如果ab被測量為是5.0jis，并且Xa是1520.000nm，那么>JXJT=1520.000nm+(5.0ps/20.0(is)*0.8nm=1520.200nm。下面描述了對引入光纖存在的傳感器波長插值的影響(L大于零，并且典型地比零大得多)。給定光必須以通過傳送介質(zhì)指示的速度行進，對于任何光學信號橫越指定距離存在有限長度的時間。對于多種傳感器應(yīng)用，相比于光的速度和詢問系統(tǒng)的獲取速度，該距離是相對短的。在高速掃描波長激光系統(tǒng)的情況下，引入光纖的顯著長度的存在能夠產(chǎn)生DUT計時延遲，該DUT計時延遲可以顯現(xiàn)為傳感器波長的明顯波長偏移。光以2.997xl08m/s的速度，典型地通過符號c表示，在真空中行進。該速度隨著傳輸介質(zhì)的折射率n而改變，并且可被計算為方程3:cn=cvac/n從而在光纖中，光以2.997x108/1.5=1.9986xl08m/s行進，其中n=1.5。以該速度，往返行程行進時間下降，例如100m的光纖是2*1.0xl02m/1.9986xl08m/s=1.0(is。通過圖5B中的DUT軌跡偏移描述了該時延。由于DUT傳感器的波長校準是基于時間的線性插值，l.O網(wǎng)延遲將對得到的波長值具有直接的影響。如下是該例子中的計算，其中L是100m:XDUT=1520.00nm+((l.O(is)/20.0ps)*0.8nm=1520.240nm。該結(jié)果表示，利用250Hz掃描波長激光系統(tǒng)，引入光纖增加100m將增加(偏移)DUT傳感器的檢測波長40pm。執(zhí)行類似的計算，其中引入光纖(L)非常大，例如20Km。2*20.0xl03m/1.9986xl08m/s=200^is。并且波長計算是)X)UT=1520.200nm+((200jas)/20.0ps)*0.8nm=1528.0nm。該結(jié)果表示，利用250Hz掃描波長激光系統(tǒng)，光纖增加20km將增加(偏移)DUT傳感器的檢測波長8nm。通過引入光纖的掃描波長激光的傳輸延遲與掃描源的局部轉(zhuǎn)換速率(掃描速率的變化)和引入的長度成線性比例，兩者都導致線性波長偏移。表1示出了對于各種光纖長度對5HzSL系統(tǒng)和250HzSL系統(tǒng)的近似波長偏移的例子，假定理想化的線性波長掃描。重要地注意，這些值假定線性的波長掃描，并且僅僅是估計。實際的波長偏移將從這些值改變，但在傳感器詢問器裝置中仍可被完全地校正。表1作為掃描波長激光轉(zhuǎn)換速率和往返行程引入光纖距離的函數(shù)的近似感知的傳感器波長偏移。<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>謂km400pm20nm表1描述了光速度對單個的傳感器(給定波長的)上的基于掃描波長的傳感器測量的影響。傳感器系統(tǒng)大部分常常包括不同特征或中心波長的多個傳感器。如果掃描波長源的波長掃描速率在它的掃描范圍上是連續(xù)和線性的，則表l中的近似將形成充分補償技術(shù)的基礎(chǔ)。然而，掃描波長源的許多實施顯示出在橫越掃描波長頻譜的非線性轉(zhuǎn)換速率(掃描速率的變化)。于此使用術(shù)語轉(zhuǎn)換速率指作為沿著被掃描的波長范圍的掃描行進的函數(shù)的掃描波長激光的掃描速率的變化。由于掃描波長源的轉(zhuǎn)換速度的非線性變化，對于不同的波長傳感器，得到的飛行時間引入的誤差能夠是不同的，即使它們位位在距詢問設(shè)備的相同的物理距離處。此外，激光的非線性轉(zhuǎn)換速率的熱靈敏度也能夠僅僅通過改變掃描波長激光詢問系統(tǒng)的周圍環(huán)境條件引起探測的傳感器波長的附加偏移。飛行延時也在一定程度上受到引入光纖自身的溫度的影響。對于對光纖指數(shù)變化和溫度變化的名義比率dn/dT=lxlO-5/°C基于0至65°C的操作溫度的折射率的變化將是0.065%。對于100km的往返旅程距離和1.4682的名義折射率，基于折射率極端的兩個飛行時間將是tl=100000m*(s/2.997xl08m)*(1.4682)=489.890|ist2=100000m*(s/2.997xl08m)*(1,00065*1,4682)=490.21^s利用該差490.21-489.89K).32ps和800pm/20ps的較早的每單位延遲的波長偏移評估，我們可以推斷對于在65°C的溫度范圍和100km的往返旅程引入光纖以250Hz運行的掃描波長激光器來說，應(yīng)當被感知的最大波長偏移是800pm/20|as*0.32jis=12.8pm對于在小于65°C的溫度范圍和小于100km的距離運行的掃描波長激光系統(tǒng)，最大波長偏移將對應(yīng)地較小。通過至傳感器的光學距離的知識可以校正傳感器波長的波長偏移。該光學距離是物理長度和折射率的乘積?？梢砸詭追N方式獲得光學距離。用于產(chǎn)生必要的傳感器距離信息的優(yōu)選方法是如于此描述的利用掃描波長光源傳感器詢問器自身直接測量該距離。該方法僅需要對光纖的一端的訪問。得到的距離數(shù)據(jù)可以用于它的內(nèi)在信息值，以及用于基于光速的波長偏移補償。通過確定至每一個傳感器的光學距離和采用確定的光學距離為每一個傳感器校正的波長偏移，在圖1的傳感器詢問系統(tǒng)中校正感知的傳感器波長偏移，該感知的傳感器波長偏移由掃描波長源的轉(zhuǎn)換頻率L和溫度影響引起。為了確定至傳感器的光學距離，在圖1的普通傳感器系統(tǒng)中采用的掃描波長光源必須能夠以兩個或多個不同的掃描(掃描)頻率進行波長掃描。在具體實施例中，使用兩個掃描速率(第一掃描速率SR1，以及第二掃描速率SR2),并且更具體地一個掃描速率是另一個的兩倍。在下面的圖6和8A-8H的描述中，使用500Hz(SR1)禾卩l(xiāng)KHz(SR2)的額定掃描速率。如上面指出的，光源信號的一部分耦合至波長基準，，該波長基準監(jiān)控作為時間的函數(shù)的傳輸?shù)妮敵霾ㄩL。傳感器測量信道包括光學接收器和相關(guān)數(shù)據(jù)處理硬件(圖2-4)，數(shù)據(jù)處理硬件確定檢測的傳感器波形的具體特性比如峰、中心或3dB值的。觸發(fā)具體的傳感器測量時的時間與經(jīng)由光學基準信道而供給的光源波長相關(guān)。圖6A描述了用于光學掃描源詢問系統(tǒng)的基本測量技術(shù)(如在圖5A和B中示出的)，以便利用修改在測試中確定光傳感器波長，該修改是以掃描光源的兩個不同掃描速率對給定傳感器進行測量。當通過可調(diào)諧的光源掃描光學基準時，以均勻隔開的、已知的波長間隔(70)產(chǎn)生清楚的峰。兩個波長峰，標記為認a(72)和t人b(72)，分別表示剛好在以每個掃描速率測試的傳感器波長之下和之上的基準波長峰tDUT(500Hz)(73)或tDUT(lkHz)(74)?；谝阎鶞什ㄩL峰的插值確定測試的光傳感器的波長tDUT(real)(75)。該描述例證了最簡單的情況，其中在相同的兩個FP基準峰之間及時檢測tDUT，500Hz和tDUT，lkHz，在這里被標記為認a和t入b。如此，利用方程1和2使用t人a和t、b的相同值和人a和Xb的相同值，以兩個掃描速率校準傳感器波長。圖6B示出了用于距離計算算法的更普通的情況。在該情況中，以兩個激光掃描速率測量傳感器時的標準化時間落在兩個不同組的FP基準峰之間。兩個信號飛行的實際時間是相等的，但是掃描基準峰時的頻率對于兩個掃描速率是不同的。當距離引入的飛行時間大于掃描一個FSR所用的時間時，測量傳感器時的兩個標準化時間將常常返回在不同組的PF峰之間。為方程1和2的插值計算而選擇的峰基于標準化的事實，并且然后依據(jù)選擇的迭代步驟，比如在圖7中描述的，標準化以該兩個掃描速率的每一個測量傳感器時的距離調(diào)節(jié)(校正)時間，。例如，關(guān)于第一迭代，具有測試距離值為0的lkHz傳感器感知波長將基于圍繞測量傳感器時的時間的兩個峰之間的插值，在這種情況下，為兩個最右邊的FP基準峰t4和t5，其中t44Xa，其中t5^Xb。用于該計算的波長U和Xb將被選擇為反映峰t4和t5的校正的基準波長，并且將依據(jù)方程1和2執(zhí)行該計算。類似地，關(guān)于第一迭代，具有測試距離值為0的500Hz(SR1)傳感器感知波長將基于圍繞測量傳感器時的時間的兩個峰之間的插值，在這種情況下為t3和t4，其中t3=aa及t4=ab。用于該計算的波長U和人b將被選擇為反映峰P4和P5的校準的基準波長，并且將依據(jù)方程1和2執(zhí)行該計算。因為測試距離增加，并且在每一個掃描速率處用于傳感器的標準化時間減小，因而對于將FP基準峰括入在內(nèi)(bracketing)的選擇可能發(fā)生變化，但是對于計算的程序，每個波長將保持相同。最后，因為測試距離增加，并且以第一和第二掃描速率(lkHz和500Hz)測量的感知測量傳感器波長之間的差收斂，因此將為方程1和2選擇括入括號的FP基準峰。在為選擇的光傳感器執(zhí)行距離測量中，以兩個不同的頻率掃描該源。對于在從掃描波長激光詢問器沿著引入光纖(L)的相同物理距離處選擇的相同光傳感器，這些不同的掃描速率導致兩個不同標準化的、成比例的時延。在圖6A和6B的例子中，使用500和lkHz的兩個掃描速率，并且描述來自相同名義距離處的相同名義傳感器的兩個時延信號。虛線表示概念上的"真實"傳感器信號(75)，好像在如圖1中布置的光學電路中不存在明顯的光纖引入距離。具有標為73的峰的線表示以500Hz的掃描速率在未知距離處測量的來自光傳感器的時延信號。具有標為74的峰的線表示以lKHz的掃描速率在未知距離處測量的來自光傳感器的時延信號。在全部情況中，對于每一個掃描速率，X軸是與總獲取周期成比例的標準化時間。以這種方式，至光傳感器的固定飛行時間示出為lKHz掃描的總獲取時間的增加的部分，其相比較于1/2速度的500Hz掃描。圖6A也示出了500Hz軌跡和未知"真實"軌跡(76)之間成比例的概念往返旅程延遲和lkHz軌跡和未知"真實"軌跡(77)之間的成比例概念往返旅程延遲。利用500Hz和lkHz掃描的總獲取時間的知識，并且利用以兩個不同掃描速率掃描產(chǎn)生的兩個"感知"波長測量，具有兩個未知量的一系列兩個同步方程被求解，以便推斷出至傳感器的實際距離和傳感器的實際波長，而不受光纖引入長度的影響。XReal=f(tDUT，500Hz，SR1)XReal=g(tDUT，lkHz，SR2)其中，SR2=2*SR1，其中SR1和SR2是對分別在500Hz和1kHz的每個激光掃描的標準化時延?？梢砸远喾N方式執(zhí)行傳感器距離的計算。首先，以兩個掃描速率獲得算術(shù)擬合函數(shù)，該兩個掃描速率將Fabry-Perot基準信號的已知波長與檢測那些FP峰時的時間相關(guān)。利用已知或假定的光學系數(shù)(方程除以系數(shù)，因此不需要實際值)，可以建立光傳感器信號在光纖中飛行時間的變量。兩個方程中其他未知的變量是傳感器的實際波長。以兩個掃描速率檢測光傳感器峰時的時間是已知的。因此可以設(shè)置一系列兩個方程和兩個未知量。求解兩個變量獲得至傳感器的兩個光學距離和它的實際波長的精確測量，而不受光纖引入長度的影響。如圖7的流程圖中例證的，也可以迭代計算至傳感器的距離和實際波長值。操作順序如下。首先，以第一掃描速率(SR1，例如500Hz)進行光源的掃描，然后以第二掃描速率(SR2，例如lkHz)進行光源的掃描。兩種情況中對于基準掃描的標準化計時信號是相同的，因為至光學電路的基準臂的距離是可以忽略的。對用于兩種不同情況的測量傳感器來說，標準化計時信號將基于至傳感器的距離和光學信號的對應(yīng)飛行時間而不同。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，除了圖7中具體示范的那些方法外的方法在本領(lǐng)域中也是己知的，并且可以容易地被應(yīng)用于迭代計算距離和實際波長。如上面描述的，根據(jù)一個顯著的差別，執(zhí)行每個傳感器的波長計算。作為波長計算的一部分，從接收信號減去每個傳感器測量的單位時間。該單位時間反映到傳感器的假定距離(測試距離)的光纖中的飛行時間。關(guān)于第一計算，使用第一測試距離(tdl)，例如可以使用為零的tdl，反映沒有光纖引入長度的初始假定。需要注意，在兩個掃描速率下，至傳感器的實際飛行時間是相同的。從接收信號減去的單位時間與對每個掃描速率的激光詢問器的總獲取時間成比例。簡而言之，以lkHz進行的傳感器測量上的1微秒延遲與500Hz掃描測量上的同樣的1微秒延遲相比，將對得到的波長計算有多于近似兩倍的影響。假定以零米開始，在具有普通弓I入光纖長度的普通傳感器上執(zhí)行該距離補償?shù)牟ㄩL計算。當完成500Hz和lkHz測量的計算時，比較得到的波長測量以提供測試波長差(Atwl)。對于相同傳感器的波長測量來說，如果以兩個不同的掃描速率掃描獲得的測試波長差在選擇低誤差容限內(nèi)，也就是如果Atwl小于選擇的可接受值，則確定用于校正的波長計算的測試距離精確地在選擇的誤差和至傳感器的距離內(nèi)，并且得出實際傳感器波長是已知的。如果兩個波長值不在選擇的可接受值范圍中，確定測試距離太小，并且選擇增加的td2，并且重復計算。該迭代步驟隨著增加用于計算對應(yīng)的測試波長差(也就是Atw(n)，其中n是l，2，…n)的測試距離值(也就是td(n)，其中n是l，2，...n)而繼續(xù)，直至測試波長差小于選擇的可接受波長差時選擇的測試距離，這表明以兩個不同的掃描速率測量的校正的傳感器波長值是相等的。產(chǎn)生可接受的低Atw的測試距離被確定為是至傳感器的實際或真實距離，并且計算的波長被確定為來自傳感器的校正的波長。在以兩個不同的掃描速率掃描傳感器的波長之后，能夠?qū)σ粶y量的每個傳感器重復迭代過程并且能夠?qū)θ缧枰蚱谕麥y量與給定的傳感器相關(guān)的波長變化的給定傳感器重復迭代過程。如上面所述，對每一對連續(xù)的波長計算來說，迭代步驟包括選擇地增加測試距離。實際上，利用掃描速率之比和時延對波長測量的近似影響的知識，可以進行測試距離的更有效的成比例迭代。可以采用如上面所述的方法校正傳感器測量中的波長偏移，或者可以使用該方法確定傳感器詢問器系統(tǒng)中一個或多個傳感器的距離。該方法對傳感器距傳感器詢問器至少100m傳感器系統(tǒng)特別有用。該方法可被應(yīng)用于傳感器陣列中多個傳感器的測量。圖8A-8H示出了在實際距離測量過程中在四個測試距離的每一個對每個掃描速率(500Hz和lkHz)的實際計時信號和獲得的時間調(diào)節(jié)信號的圖形表示。在每一種情況中，500Hz掃描速率數(shù)據(jù)獲取(圖8A，C，E禾口G)的圖與lkHz獲取的相應(yīng)圖(圖8B，D，F(xiàn)和H)相比較。對于每一幅圖，示出已知間隔的FP基準峰組(被表示為紅色峰)和標記基準方案中的基準峰(被表示為白色峰)的波長基準的內(nèi)部FBG部分。每一幅圖也包括被表示為黑色峰的、來自未知距離(兩個較高峰的最高)處所選擇的光傳感器的測量信號(假定延遲時間)，以及基于至傳感器的假定測試距離計算的時間調(diào)節(jié)信號(被表示為藍色峰)。在下面的例子中，可接受的波長差異被選擇為lpm或更小。從圖8A和B開始，可以看出某些影響。首先，基準FBG峰(白色)和飛行延遲光傳感器的時間(黑色)之間的相對差(其可通過紅色峰的數(shù)量計算)對于500Hz掃描(8A)和lkHz掃描(8B)是不同的。這再次說明了對于兩個獲取頻率來說，相同的飛行時間表現(xiàn)為不同的感知、標準化、成比例的計時偏移。圖8A和8B反映了在選擇的測試距離為零時，距離測量計算的第一迭代的輸出。對于每一個獲取，每個測量和較正的計時信號中沒有差別，這反映在每一幅圖上的一致的黑色和藍色軌跡中。利用上面所述的插值校準方法，對每個獲取頻率(掃描速率)執(zhí)行波長計算，并且兩個不同掃描速率下測量的波長之間的波長差被測量為高于選擇的可接受差異的4.1705nm。需要注意，如果以兩個不同的掃描速率測量的兩個波長之間的測量差異被確定為低于選擇的可接受波長差，則確定為不存在波長偏移的不可接受的水平，并且不需要校正。第一測試距離選擇為零是用于迭代增加測試距離的便利起始點，然而，測試距離的迭代可以從非零值開始?；趥鞲衅鞯囊阎凭嚯x或在可能近似實際距離的任何合理值22處能夠進行測試距離的初始選擇。因為利用td=0計算的波長差是不可忽略的，所以距離評估增加。下面，在圖8C和8D的描述中，采用2085米的n增加的測試距離?，F(xiàn)在注意，對于每個掃描速率，測得的和計算的計時信號(分別為黑色和藍色)已經(jīng)開始分離。然而，還需要注意，已知白色基準FBG和計算的藍色信號之間的距離仍然明顯不同。對于2085米測試距離，得到的波長差計算是1.998nm。再次地，計算的波長差高于小于lpm的選擇的可接受波長差。圖8E和8F示出了測試距離的另一個迭代結(jié)果。在這種情況下，假定和使用3795米的測試距離，并且計算僅0.225nm(225pm)的波長差。再次地，計算的波長差高于小于lpm的選擇的可接受波長差。圖8G和8H示出了測試距離的另一個迭代結(jié)果。在這種情況中，采用4015.2米的測試距離值，并且計算O.OOOlnm(O.lpm)的波長差。需要注意，在這些圖中，白色和藍色軌跡之間的相對差幾乎是相同的，對于兩個掃描速率得到了高度相似的校正的波長值。在該點處，完成迭代，因為計算的波長差低于上面指出的選擇的可接受值。至傳感器的距離因此被推斷為4015.2米，并且利用4015.2米的補償距離產(chǎn)生的波長值被推斷為光傳感器的實際峰諧振波長。能夠使用執(zhí)行迭代步驟以確定距離的多種方案。在具體實施例中，標準正割方法，具體地假定僅存在一個零的修改的Newton-Raphson方法。為了確保可靠和可重復的測量，可以重復如在上面所述的整個迭代步驟或其合適部分，并且對得到的值求平均，直至實現(xiàn)測量的可接受的分布。在具體實施例中，通過以第一掃描速率(SR1)和第二掃描速率(SR2)連續(xù)掃描以獲取不同速率的每對連續(xù)掃描的數(shù)據(jù)并隨后基于最小化給定傳感器在兩個不同掃描速率的校正的測量的波長之間的差異進行迭代過程實現(xiàn)確定到給定光傳感器的距離的方法。獲取兩個不同掃描速率下的連續(xù)掃描中的波長比較的數(shù)據(jù)被認為最小化了由與距離無關(guān)的變化引起的測量的波長差。然而，可以理解，不需要這種連續(xù)的數(shù)據(jù)收集。通過獲取第一掃描速率下的大量掃描的平均結(jié)果，接著獲取第二掃描速率下的大量掃描的平均結(jié)果，可以實施該步驟。利用校正的平均波長能夠?qū)嵤┯糜谧钚』ㄩL差的迭代過程。優(yōu)選地，最小化不同的掃描速率的掃描之間的時間，其中數(shù)據(jù)被迭代處理以便迭代確定距離。本申請涉及掃描波長激光光纖光傳感器測量中的光速影響，以及采用該影響的優(yōu)點的方法和裝置。除了別的以外，本發(fā)明的應(yīng)用包括雙速度掃描技術(shù)的使用，其容許掃描波長激光傳感系統(tǒng)完全自補償否則可能變成距離引入的波長測量誤差，以及包括雙速度掃描技術(shù)的使用，其以至傳感器的絕對距離測量的形式產(chǎn)生關(guān)于光傳感器的附加信息。通常，在本發(fā)明的傳感器詢問系統(tǒng)中能夠采用能夠在多于一個掃描速率下被掃描的任何掃描波長源。于此的方法通常可用于能夠在50Hz或更高的掃描速率被掃描(波長調(diào)諧)的光源，并且特別適用于能夠在100Hz以及更高的掃描速率下工作的光源，包括50Hz至lOKHz以及100Hz至幾KHz的寬廣范圍。能夠使用高速掃描濾波器和掃描波長激光具體實施該方法。特別有用的掃描波長激光是如在Yunetal.91998OpticsLetters23(11)843-845andU.S.patent6449047中所述的光纖激光。通常，于此的方法可用于任何傳感器詢問器系統(tǒng)，其中傳感器波長的識別和測量取決于傳感器波長到達檢測器時的時間。除其它的以外，有用的傳感器詢問器系統(tǒng)包括U.S.專利6115122、7157693和7060967中的那些。于此的方法特別有利于與掃描激光詢問器(例如掃描ECL)和掃描寬帶光源詢問器(例如SLED-TF，ASE-TF)—起使用，特別是采用可調(diào)諧的F-P濾波器的那些。于此的方法在那些傳感器系統(tǒng)中特別有用，在那些傳感器系統(tǒng)中，測量檢測器和任何傳感器之間存在充分長的距離以產(chǎn)生不可忽略的不期望的波長偏移。會引起不期望的偏移水平的光纖長度通常取決于波長測量的靈敏度的期望水平和掃描波長源(見表l)的掃描速率。用于校正的波長偏移的本發(fā)明的方法在那些系統(tǒng)中更有用，在那些系統(tǒng)中掃描波長源被以超過50Hz的頻率和對50m或更大(例如50m至幾十千米)的來回行程光纖長度掃描。用于校正的波長偏移的本發(fā)明的方法能夠提供10pm或更小的波長測量靈敏度，更具體地可以提供2pm或更小的波長測量靈敏度，并且優(yōu)選地提供lpm或更小的波長測量靈敏度。在U.S.專利5838437、5892582、6115122和6327036中描述了特別有用的波長基準。當于此公開了一組裝置元件材料或方法時，可以理解，這些組的全部各個組件和其全部子集被分別公開。當于此使用Markush組或其它組時，該組的全部各個組件和所有該組的可能的組合和子組合試圖被分別包括在公開內(nèi)容中。于此描述或示例的元件的每個組合可以用于實踐本發(fā)明，除非另外聲明。一旦在說明書中給出范圍，例如溫度范圍、時間范圍、距離范圍、波長范圍或成分范圍、全部中間范圍和子范圍，以及被包括在給出范圍中的全部單獨值試圖被包括在公開內(nèi)容中。如于此使用的，"包括"與"包含在內(nèi)"，"包含"或"特征在于"同義，并且是計算在內(nèi)的或可擴充的，并且不排除附加的、未敘述的元件或方法步驟。如于此使用的，"由...組成"排除沒有在權(quán)利要求元件中指定的任何元件、步驟或成分。如于此使用的"基本上包括"不排除不顯著影響權(quán)利要求的基本和新穎特征的材料或步驟。在于此的每一種情況中，寬闊的術(shù)語"包括"包括更狹窄的"基本上包括"和更窄的"由...組成"。在沒有未在這里具體公開的任何元件、限制時，可以實踐這里適當例證描述的本發(fā)明。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可以理解，在不采取不適當?shù)膶嶒灥那疤嵯?，在本發(fā)明的實踐中能夠采用不是那些具體示例的材料、基片、裝置元件、光源、光檢測器、校準方法、光譜方法和分析方法。任何這種材料和方法的所有本領(lǐng)域已知的功能性的等價物試圖被包括在本發(fā)明中。已經(jīng)被采用的術(shù)語和表達被用作術(shù)語的描述，并不是限制，并且不試圖在這種術(shù)語和表達的使用中排除示出和描述的特征或其一部分的任何等價物，而是可以認為到在請求保護的本發(fā)明范圍中，各種修改是可能的。因此，可以理解，盡管通過優(yōu)選實施例和最佳特征已經(jīng)具體描述了本發(fā)明，但是于此公開的概念的修改和變形對本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員是可以采取的，并且這種修改和變形被認為在如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍中。在說明書中提到的全部專利和公開物表示本發(fā)明涉及的本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員的水平。于此引用的參考以它們的整體于此被參考結(jié)合，以便表示在它們的申請日時的現(xiàn)有技術(shù)的狀態(tài)，并且試圖于此采用該信息，如果需要，以便排除現(xiàn)有技術(shù)中的具體實施例。通過參照將這里引用的所有參考在與說明書的公開不矛盾的程度上并入此處。于此提供的一些參考被參考結(jié)合，以便提供涉及光傳感器系統(tǒng)的元件和操作的細節(jié)、涉及光學詢問系統(tǒng)的元件和操作的細節(jié)、涉及光學檢測器或適于用于這里的系統(tǒng)和方法、本發(fā)明的附加測量方法和附加應(yīng)用的光源的元件和操作的細節(jié)。下面專利文獻的一個或多個能夠提供包括有用于本發(fā)明的波長基準和FFP(光纖Fabry-Perot濾波器)的詢問系統(tǒng)的細節(jié)U.S.專利7063466、6904206、5838437、5289552、5212745、6241397、5375181、6504616、5212746、5892582、6115122、6327036、5422970、550卯93、5563973、于2006年6月12申請的系列號為11/452094的U.S.專利申請、于2006年8月31申請的系列號為60/824266的U.S.臨時申請、以及于2007年8月30申請的系列號為11/848028的U.S.申請。弓l用的專利或?qū)＠暾埖拿恳粋€于此以它的整體被參照結(jié)合，以便提供對本發(fā)明有用的裝置或裝置元件的說明。權(quán)利要求1.一種用于確定從光傳感器詢問系統(tǒng)至通過光纖的長度耦合至所述詢問系統(tǒng)的光纖光傳感器的距離的方法，其包括步驟(a)向所述傳感器詢問系統(tǒng)提供掃描波長光源，所述光源能夠在兩個或多個不同的已知掃描速率下工作；(b)在第一已知掃描速率下掃描所述掃描波長光源，并且確定所述第一掃描速率下所述光傳感器的第一測量波長；(c)在第二已知掃描速率下掃描所述掃描波長光源，并且確定所述第二掃描速率下所述光傳感器的第二測量波長，其中所述第一和所述第二掃描速率是不同的；(d)假定對于所述第一和所述第二掃描，來自所述光傳感器的實際波長是相同的，并且采用所述第一和所述第二已知掃描速率，以及在兩個不同的掃描速率下測量出的所述光纖光傳感器的所述第一和所述第二測量波長，計算從所述光傳感器詢問系統(tǒng)至所述光纖光傳感器的所述距離。2、如權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過迭代過程計算所述距離，在所述迭代過程中測試距離以遞增方式改變，以便從所述第一測量的波長計算第一校正的波長和從所述第二測量的波長計算第二校正的波長，所述迭代過程一直繼續(xù)，直至從所述遞增的測試距離計算出的所述第一校正波長和所述第二校正波長之差被最小化，滿足該條件的所述測試距離被確定為所述傳感器詢問系統(tǒng)和所述光纖光傳感器之間的所述距離。3、如權(quán)利要求1所述的方法，其中從在第一和第二掃描速率下順序進行的第一和第二掃描確定所述第一和第二測量的波長。4、如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一掃描速率和所述第二掃描速率相差因子二。5、如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述掃描波長光源是掃描波長激光器。6、如權(quán)利要求1所述的方法，其中從由外腔掃描波長激光器、分布的Bragg反射鏡激光器和結(jié)合可調(diào)諧的濾波器的寬帶源組成的組中選擇所述掃描波長光源。7、如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述掃描波長光源可以在50Hz或更高的掃描速率下工作。8、如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述傳感器詢問器包括波長基準，該波長基準依次包括光纖Fabry-Perot濾波器以提供已知間隔的梳狀峰，并包括基準FBG以提供已知波長的峰以標記和識別所述梳狀峰的各個波長。9、如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述光傳感器是傳感器陣列中的傳感器，并且所述距離被確定為到傳感器陣列中的兩個或多個傳感器的距離。10、一種用于校正如在包含掃描波長光源的傳感器詢問系統(tǒng)中測得的、在光纖光傳感器的測得的波長中的偏移的方法，該偏移由光纖中有限速度的光飛行時間延遲引起，包括步驟(a)由權(quán)利要求1所述的方法確定從所述光纖光傳感器至所述詢問器系統(tǒng)的所述距離；以及(b)采用在步驟(a)中確定的所述距離來校正所述測量的波長。11、如權(quán)利要求10所述的方法，其中通過迭代過程計算所述距離，該迭代過程中測試距離以遞增方式改變，以從所述第一測量波長計算第一校正波長和從所述第二測量波長計算第二校正波長，所述迭代過程一直繼續(xù)，直至從所述遞增的測試距離計算出的所述第一校正波長和所述第二校正波長之差被最小化，滿足該條件的所述測試距離被確定為所述傳感器詢問系統(tǒng)和所述光纖光傳感器之間的所述距離。12、如權(quán)利要求10所述的方法，其中從第一和第二掃描速率下連續(xù)的第一和第二掃描確定所述第一和第二測量的波長。13、如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述掃描波長光源能夠以50Hz或更高的掃描速率工作。14、如權(quán)利要求IO所述的方法，其中所述光纖光傳感器是FBG或光纖Fabry-Perot傳感器。15、如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述光纖光傳感器距離所述詢問系統(tǒng)至少1OOm。全文摘要本發(fā)明涉及使用掃描波長光源以確定波長偏移的光傳感器測量方法，以及實施和采用這些方法的光傳感器系統(tǒng)?？勺儝呙杷俾蕭呙韫庠从糜诖_定從光學詢問器至被測量的光傳感器的光學距離。該數(shù)據(jù)然后能夠如期望或需要的用于實施傳感器或進行傳感器測量。具體地，該數(shù)據(jù)能夠用于光傳感器系統(tǒng)中以補償歸因于連接測試的光傳感器的光學介質(zhì)中有限光速的潛在測量誤差。文檔編號G01J9/00GK101246026SQ200710194460公開日2008年8月20日申請日期2007年10月24日優(yōu)先權(quán)日2006年10月24日發(fā)明者J·沃爾茨,J·莫克,T·哈伯申請人:美國微光學公司