发明内容

本发明的主要目的在于克服现有传感解调技术的缺点与不足，提出基于扫频光源的光学传感器数字解调装置及方法，直接对光学传感器频时映射后的时域信号进行数字解调，使得传感信号数据量直接缩小几个数量级，具有硬件成本低，算力成本低，体积小等优点，同时兼具时域解调所具有的解调速度快的优点。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于扫频光源的光学传感器数字解调装置，包括顺序连接的频时映射单元、比较器、数字定时器以及数字解调装置；

频时映射单元实现将光纤传感器的光谱响应映射到时域，包括扫频光源、光学传感器以及光电探测器；

扫频光源、光学传感器以及光电探测器通过光纤顺序连接，光电探测器、比较器、数字定时器以及数字解调装置通过射频线顺序连接；

扫频光源用于输出作为探测光的第一光信号；

光学传感器接收第一光信号并输出携带传感信息的第二光信号；

光电探测器用于将接收到的第二光信号转为第一电信号并输出；

比较器接收第一电信号，通过设定比较器的参考电压将第一电信号处理并输出为数字电平的第二电信号；

数字定时器接收第二电信号，对第二电信号的脉冲宽度进行测量，并将一个扫频周期内脉冲宽度大小的序列输出为第一数字信号；

数字解调装置接收第一数字信号，通过分析第一数字信号中的脉宽序列来实现对传感信息的解调；其中，数字解调装置的解调方法包括：

直接分析一个或多个脉宽信息来解调出外界参量的变化量；

利用神经网络算法对第一数字信号的部分或整体数据进行计算得到外界参量的变化量。

进一步的，扫频光源输出的第一光信号的波长随时间周期改变，作为探测光，实现对光学传感器光谱的频时映射。

进一步的，光学传感器光谱响应的变化反应了外界参量的变化，即传感器外界参量的改变将导致光学传感器光谱响应的改变，通过测量光谱响应的改变量就可解调出外界参量的变化量。

进一步的，比较器具体用于比较参考电压和输入信号电压的大小，如果输入信号电压大于参数电压，则输出高电平的数字信号，反之，则输出低电平的数字信号；通过合理设定参考电压，将光电探测器输出的电压信号转换为只有数字高低电平的第二电信号，第二电信号中的脉宽与光电探测器输出频时映射后的第一电信号的频率和强度有关，也就是光谱中强度和频率的变化都会反映在第二电信号的脉宽中。

进一步的，数字定时器具体用于对输入的第二电信号中的脉宽进行测量，并输出一个扫频周期内脉宽大小的序列即为第一数字信号。

本发明还提供了基于扫频光源的光学传感器数字解调方法，设置顺序连接的频时映射单元、比较器、数字定时器以及数字解调装置，频时映射单元包括扫频光源、光学传感器以及光电探测器，包括以下步骤：

扫频光源输出作为探测光的第一光信号；

光学传感器接收第一光信号并输出携带传感信息的第二光信号；

光电探测器用于将接收到的第二光信号转为第一电信号并输出；

比较器接收第一电信号，通过设定比较器的参考电压将第一电信号处理并输出为数字电平的第二电信号；

数字定时器接收第二电信号，对第二电信号的脉冲宽度进行测量，并将一个扫频周期内脉冲宽度大小的序列输出为第一数字信号；

数字解调装置接收第一数字信号，通过分析第一数字信号中的脉宽序列来实现对传感信息的解调，其中，数字解调装置的解调方法包括：

直接分析一个或多个脉宽信息来解调出外界参量的变化量；

利用神经网络算法对第一数字信号的部分或整体数据进行计算得到外界参量的变化量。

进一步的，扫频光源输出第一光信号的波长随时间周期改变，作为探测光，实现对光学传感器光谱的频时映射。

进一步的，光学传感器光谱响应的变化反应了外界参量的变化，即传感器外界参量的改变将导致光学传感器光谱响应的改变，通过测量光谱响应的改变量解调出外界参量的变化量。

进一步的，比较器具体用于比较参考电压和输入信号电压的大小，如果输入信号电压大于参数电压，则输出高电平的数字信号，反之，则输出低电平的数字信号；通过合理设定参考电压，将光电探测器输出的电压信号转换为只有数字高低电平的第二电信号，第二电信号中的脉宽与光电探测器输出频时映射后的第一电信号的频率和强度有关，即光谱中强度和频率的变化都会反映在第二电信号的脉宽中。

进一步的，数字定时器具体对输入的第二电信号脉宽进行测量，并输出一个扫频周期内脉宽大小的序列即为第一数字信号。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明采用数字解调方式对光学传感器的传感信息进行解调，传感信号数据量直接缩小几个数量级，从根本上解决了的光学传感器时域解调巨量数据的处理问题，具有算力成本低、解调速度快等优点，使得更多的光学传感器可以应用到低功耗、可穿戴场景。

2、本发明中所使用的比较器，数字定时器价格都远远低于模数转换器，因此本发明具有硬件成本低、体积小等优点。