基于腔長(zhǎng)快速預(yù)估的光纖F-P傳感器信號(hào)解調(diào)方法研究.pdf

1、光纖傳感器擁有體積小、耐高溫、抗電磁干擾、耐腐蝕、靈敏度高、本征安全，且能進(jìn)行遠(yuǎn)距離探測(cè)和多傳感器復(fù)用等特點(diǎn)，被廣泛用于石油化工、橋梁安全、電力系統(tǒng)等領(lǐng)域。其中光纖法布里-珀羅（F-P）傳感器結(jié)構(gòu)緊湊，腔長(zhǎng)僅100μm左右，在工作中近似于點(diǎn)式測(cè)量，通過法珀腔的腔長(zhǎng)變化來(lái)感知被測(cè)物理量，且靈敏度高，有著廣闊的應(yīng)用前景。研究F-P傳感系統(tǒng)的解調(diào)技術(shù)對(duì)提高傳感系統(tǒng)的探測(cè)精度和可靠性具有關(guān)鍵作用，對(duì)推動(dòng)光纖F-P傳感技術(shù)的發(fā)展有著重要的科學(xué)意義

2、和應(yīng)用價(jià)值。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1、本文提出了一種基于變步長(zhǎng)爬山搜索算法的離散腔長(zhǎng)（DGT）解調(diào)算法，解決了傳統(tǒng)離散腔長(zhǎng)解調(diào)算法運(yùn)算量巨大不適合實(shí)際應(yīng)用的問題，在保證算法高精度的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了快速測(cè)量。算法實(shí)現(xiàn)過程中首先采用小波閾值去噪方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行去噪處理，去除原始光譜信號(hào)中的毛刺，消除噪聲對(duì)離散腔長(zhǎng)運(yùn)算結(jié)果的影響，然后通過腔長(zhǎng)快速預(yù)估算法得到的腔長(zhǎng)粗測(cè)值確定爬山起點(diǎn)，再通過變步長(zhǎng)爬山搜索算法來(lái)尋找離散腔長(zhǎng)系數(shù)最大值對(duì)應(yīng)

3、的模擬腔長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)腔長(zhǎng)解調(diào)。變步長(zhǎng)的爬山搜索算法通過改變每次“攀爬”尋峰的搜索步長(zhǎng)，不斷縮小搜索范圍，經(jīng)過多次“攀爬”過程可達(dá)到納米級(jí)分辨率的解調(diào)結(jié)果。研究表明，在搜索步長(zhǎng)為0.1nm的情況下，變步長(zhǎng)爬山搜索算法比普通搜索算法的運(yùn)算量低了3個(gè)數(shù)量級(jí)，降低了程序的計(jì)算復(fù)雜度，大大提高了運(yùn)算效率。
　　2、本文首次提出了一種小波相位提取腔長(zhǎng)解調(diào)算法，通過連續(xù)復(fù)小波變換求解干涉光譜每點(diǎn)對(duì)應(yīng)的相位信息來(lái)計(jì)算光纖F-P傳感器的腔長(zhǎng)，可以實(shí)現(xiàn)大

4、腔長(zhǎng)F-P傳感器的高精度解調(diào)。其中，使用腔長(zhǎng)快速預(yù)估算法確定尺度a搜索范圍的過程，既減小了算法的運(yùn)算量，也等同于對(duì)信號(hào)進(jìn)行了帶通濾波，去除了高頻噪聲的影響。研究表明，該方法在腔長(zhǎng)較小時(shí)誤差較大，而腔長(zhǎng)較大時(shí)誤差較小，特別是當(dāng)腔長(zhǎng)大于100μm后，誤差小于10nm。
　　3、設(shè)計(jì)并制作了一種光纖MEMS F-P傳感器，分別使用基于變步長(zhǎng)爬山搜索算法的離散腔長(zhǎng)解調(diào)算法和小波相位提取腔長(zhǎng)解調(diào)算法對(duì)其進(jìn)行了壓力標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證兩種