一种光纤照明系统的多结构光反馈检测装置的制作方法

本发明属于光纤传感，具体为一种光纤照明系统的多结构光反馈检测装置。

背景技术：

1、光纤照明技术作为照明领域的重要分支，近年来发展迅速。由于其具有高效传输、灵活布局、节能环保等优势，光纤照明系统已广泛应用于舞台照明、汽车照明、医学照明、建筑装饰等多元化场景。随着应用场景的不断丰富和复杂化，对光纤照明系统的运行状态监测与故障诊断提出了更高要求。

2、在光纤照明系统中，光反馈检测技术是实现系统状态监控的关键环节。光反馈信号携带着光纤传输特性、光源工作状态、光路耦合效率等重要信息，通过对这些信息的分析与处理，可以实现对照明系统健康状况的评估与预警。然而，现有技术中的光反馈检测方案在检测维度、智能化程度等方面仍存在明显不足，难以满足复杂应用场景下的多样化检测需求。

3、经检索，公开号为cn110542025a的专利文献公开了一种偏光反馈系统，公开日期为2024年3月29日。该系统包括激光光源、一体透镜、光纤、光源模组、检测器和控制装置；其中，一体透镜由耦合透镜和设于耦合透镜外侧的反馈透镜组成。该技术方案通过反馈透镜收集光纤中的反向传输光，并将其引导至检测器进行光信号分析。然而，该方案中的反馈结构相对单一，仅能实现偏光反馈，检测器只能获取偏折光能量或波长信息，无法满足对多种光反馈参数的同步检测需求。同时，该系统的控制装置功能有限，仅能控制激光光源的开关状态，未涉及对照明系统整体工作状态的综合调控，智能化程度较低。

4、经检索，公开号为cn110701503a的专利文献公开了一种光纤反馈系统，公开日期为2020年1月17日。该系统包括激光耦合装置、二向色镜、光纤、光源模组、汇聚透镜、检测器和控制装置。该技术方案采用纤内反馈方式，通过二向色镜对白光进行分光处理，将反射光引导至检测器，实现光反馈信号的获取。这种一体化封装设计具有结构紧凑的优点。然而，该方案中光反馈的获取依赖于二向色镜的分光特性，反馈路径和反馈结构相对固定，无法实现多结构光反馈的灵活配置。此外，检测器同样仅能检测反射光能量或单一波长信息，反馈信息维度有限，无法为照明系统的优化控制提供全面的决策依据。

5、综合上述现有技术方案可知，现有的光纤照明系统在光反馈检测方面主要存在以下技术问题：一是反馈结构单一，多采用固定的分光或偏光元件，难以实现多结构光反馈的灵活配置；二是检测维度有限，通常仅能获取光能量或单一波长信息，无法从光谱维度获取丰富的状态信息；三是智能化程度不足，控制逻辑简单，缺乏多源数据融合与综合判定机制，无法实现对系统健康状态的全面精准评估。这些技术问题限制了光纤照明系统在复杂应用场景中的可靠性与可维护性，难以满足日益增长的多样化检测需求。

6、因此，提供一种光纤照明系统的多结构光反馈检测系统，通过创新性的多波长通道光谱分光与独立探测架构，结合多源数据融合的故障综合判定方法，实现对光纤照明系统运行状态的全面、实时、精准检测与智能化监控，具有重要的技术意义和应用价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种光纤照明系统的多结构光反馈检测装置，以解决背景技术中提出的现有技术存在反馈结构单一、检测维度有限以及无法实现精准评估的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、一种光纤照明系统的多结构光反馈检测装置，包含：

4、多通道组配光源模组，包含多个独立驱动的不同中心波长的发光芯片；

5、积分球合波腔，其进光口接收发光芯片发出的光束，以无偏振依赖的方式完成多波长空间连续合波；

6、多模自准直光环行器，具备第一端口、第二端口和第三端口；第一端口与积分球合波腔的出光口相连，第二端口与挂载有多个离散空间传感节点的主监测链路多模光纤相连；光环行器配置为将正向合波光束由第一端口低损耗传输至第二端口，并将自主监测链路光纤回传的随机偏振反馈光束定向路由输出至第三端口，以实现对第一端口的方向隔离；

7、精密消衍射空间分光模组，与第三端口相连，用于将出射的反向反馈光色散展开，并通过微狭缝阵列输出各波长通道的光信号；

8、数据处理与控制主板，集成有全局实时硬件时钟触发单元，配置为基于基准触发时钟同步控制离散空间传感节点的采样动作与分光模组的光谱采样，实现时序对齐，生成波长与空间联合特征矩阵，并基于该矩阵执行故障定位、光功率闭环反馈补偿及预警。

9、根据上述技术方案，积分球合波腔出光口至第一端口、以及第二端口至主监测链路光纤之间，设置有模场准直偏振匹配通道；

10、通道包含非球面消像差微透镜阵列以及由空间双折射晶体、非互易磁光旋光器与半波片组合构成的相移叠加区；配置为将正向发散多模光束压缩准直并分解为正交偏振分量，经极化叠加后在几何空间重合输出至第二端口；且配置为使回传的随机偏振反馈光在逆向穿过时产生偏振状态互换与反向几何发散走移，反向几何发散走移的横向偏移空间距离大于第一端口的波导接收孔径，以抑制反馈光逆流进入光源侧。

11、根据上述技术方案，精密消衍射空间分光模组依次包含准直透镜组、平面刻划衍射光栅、成像聚焦透镜组以及位于焦平面处的金属微结构分光基底；

12、金属微结构分光基底上开设有对应各发光通道波长一级衍射偏转位置的独立微狭缝；相邻两个微狭缝在色散轴上的物理几何中心距离大于以下两项物理距离之和：第一项为相邻两独立微狭缝的实际几何开孔半宽之和，第二项为由聚焦透镜通光内径与相邻两波长决定的主极大艾里斑半径扩散叠加阈值。

13、根据上述技术方案，数据处理与控制主板通过底层差分总线广播触发分布式传感节点瞬时锁存光强采样值；同时，配置有高速模数转换器与双端口环形先入先出队列，在到达基准触发瞬间执行矩形窗滑动平均降采样运算，消除静态暗电流底噪，生成对齐于当前时间窗的降采样归一化光谱列向量；

14、系统通过扣除出厂标定的固定本底损耗，将空间传感节点回传的光强标量转换为无量纲的实时传输透射率列向量；并将归一化光谱列向量与透射率列向量按照外积法则运算，构造出波长与空间联合特征矩阵。

15、根据上述技术方案，数据处理与控制主板配置为将波长与空间联合特征矩阵按列优先顺序展开为一维实时特征列向量，并执行基于高斯统计模式识别的特征匹配运算；

16、具体的，计算实时特征列向量相对于标准特征数据库中各类典型工况经验期望列向量的偏差，并利用对应模式的正定样本协方差矩阵的逆矩阵进行加权二次型映射与开方，求得统计马氏距离标量。

17、根据上述技术方案，当识别为微弯损耗状态时，数据处理与控制主板通过计算空间传感节点透射率的物理梯差极大值定位异常破损断点节点；自波长与空间联合特征矩阵中提取该节点处的整列光强损耗切片向量，计算各发光波长相较于无损期望值的无量纲相对能量亏空比例；

18、系统依据能量亏空比例执行离散化差分抗饱和比例积分控制律独立调节各发光芯片的驱动电流；控制律的比例与积分调控增益受控于解耦控制稳定边界条件限制，该限制边界的上限由发光通道基准参考发光能量、电光转换效率微分斜率以及破损断点处的传输衰减耦合系数共同决定。

19、根据上述技术方案，系统选择长波长通道构建连续演变的动力学状态列向量，该向量包含定位节点处的瞬时等效对数衰减系数、一阶恶化速度与二阶老化应变加速度；

20、系统配置有时变自适应卡尔曼递推模型，基于匀变加速状态转移预演先验估算，并利用在线测量新息与平滑遗忘因子动态更新量测噪声方差，提取收敛后的二阶加速度估算量，利用连续抛物线轨迹外推公式推算未来设定时延后的预估对数衰减标量。

21、根据上述技术方案，系统建立双参数交叉敏感分离模型；

22、提取短波长与长波长通道在定位节点处的瞬时对数附加宏观衰减变化量，利用预先标定的热光衰减灵敏度系数与形变衰减灵敏度系数构建灵敏度耦合矩阵；通过执行逆矩阵运算，将混合衰减变量解耦剥离为纯物理微弯曲率变量与纯环境温度漂移量；

23、系统仅将解耦后的纯物理微弯曲率变量转换为能量亏空比例输入至比例积分控制律中进行动态补偿。

24、根据上述技术方案，系统预设有温度补偿与动态控制的仲裁叠加规则：

25、当解耦出的纯环境温度漂移量超过设定的背景热补偿门槛时，系统直接根据温度查找表微调各波长恒流驱动电路的静态基准偏置电流；比例积分控制律仅在调整后的静态基准偏置电流之上执行针对纯物理微弯的微扰动态叠加调控。

26、根据上述技术方案，系统配置有连续空间衰减分布重构超分辨定位引擎；

27、系统构建目标泛函，目标泛函的自变量为分段光滑的一维空间衰减分布密度函数，目标泛函包括由实测累积宏观损耗值构建的数据保真误差项，以及由一阶空间导数构成的全变分正则化稀疏惩罚项；

28、系统通过有限元离散化偏微分迭代求解使该泛函取极小值的连续衰减密度曲线，并扫描该曲线的空间有限差分阶跃量极大值，将其对应的空间物理单元坐标确定为故障点的连续物理定位坐标。

29、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

30、在本发明中，通过积分球合波腔、非球面消像差准直与双折射晶体相移叠加的模场准直偏振匹配通道，配合宽频多模光环行器，以极低正向损耗实现高隔离度反向光提取，彻底抑制反馈光扰动光源，根除谐振失稳风险；基于防衍射重叠物理边界设计微狭缝阵列并结合高通介质膜，从物理层面绝对隔离高阶衍射能量，消除波段串扰，确保光谱采集高纯净度。利用底层fpga全局硬件时钟同步触发，将高速光谱与低频空间传感数据在统一时间窗内对齐，构造波长与空间联合特征矩阵，结合模式识别与马氏距离计算，消除时空错位，实现高置信度故障工况归因。首创受限差分解耦控制，通过空间梯差锁定物理断点，仅对亏空波段独立补偿，控制增益受李雅普诺夫稳定边界约束，抑制超调与振荡；同时利用多波长对热光效应与微弯辐射泄漏的差异化灵敏度构建满秩耦合矩阵，精确剥离温度漂移与物理微弯曲率，避免误补偿及未受损波长过载烧毁。