基于腔長快速預(yù)估的光纖F-P傳感器信號解調(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，腔長僅100μm左右，在工作中近似于點(diǎn)式測量，通過法珀腔的腔長變化來感知被測物理量，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)對提高傳感系統(tǒng)的探測精度和可靠性具有關(guān)鍵作用，對推動光纖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)用價值。本文的主要研究內(nèi)容如下：
　　1、本文提出了一種基于變步長爬山搜索算法的離散腔長（DGT）解調(diào)算法，解決了傳統(tǒng)離散腔長解調(diào)算法運(yùn)算量巨大不適合實際應(yīng)用的問題，在保證算法高精度的同時也實現(xiàn)了快速測量。算法實現(xiàn)過程中首先采用小波閾值去噪方法對信號進(jìn)行去噪處理，去除原始光譜信號中的毛刺，消除噪聲對離散腔長運(yùn)算結(jié)果的影響，然后通過腔長快速預(yù)估算法得到的腔長粗測值確定爬山起點(diǎn)，再通過變步長爬山搜索算法來尋找離散腔長系數(shù)最大值對應(yīng)

3、的模擬腔長來實現(xiàn)腔長解調(diào)。變步長的爬山搜索算法通過改變每次“攀爬”尋峰的搜索步長，不斷縮小搜索范圍，經(jīng)過多次“攀爬”過程可達(dá)到納米級分辨率的解調(diào)結(jié)果。研究表明，在搜索步長為0.1nm的情況下，變步長爬山搜索算法比普通搜索算法的運(yùn)算量低了3個數(shù)量級，降低了程序的計算復(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)對應(yīng)的相位信息來計算光纖F-P傳感器的腔長，可以實現(xiàn)大

4、腔長F-P傳感器的高精度解調(diào)。其中，使用腔長快速預(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，也等同于對信號進(jìn)行了帶通濾波，去除了高頻噪聲的影響。研究表明，該方法在腔長較小時誤差較大，而腔長較大時誤差較小，特別是當(dāng)腔長大于100μm后，誤差小于10nm。
　　3、設(shè)計并制作了一種光纖MEMS F-P傳感器，分別使用基于變步長爬山搜索算法的離散腔長解調(diào)算法和小波相位提取腔長解調(diào)算法對其進(jìn)行了壓力標(biāo)定實驗，通過實驗來驗證兩種