光纤法布里-珀罗传感器双峰-干涉级次定位联合解调算法.docx资源-CSDN文库

版权申诉

80 浏览量 2023-02-23 20:46:55 上传评论收藏 1.06MB DOCX 举报

资源推荐

资源详情

资源评论

摘要

针对双峰法解调低精细度光纤法布里-珀罗（FP）传感器时，峰值定位误差过大导致的解

算不准确问题，提出了一种双峰-干涉级次定位联合解调算法。首先，在 FP 传感器的反射

光谱中定位两个波峰，通过常规双峰法估算出腔长；其次，定位一个波谷并引入波谷干涉

级次，得到对应不同干涉级次的腔长取值序列；最后，从该腔长序列中寻找与双峰法估算

结果最接近的腔长，实现腔长解调。为验证算法的可行性与优越性，对单模光纤制作的低

精细度 FP 传感器进行解调仿真和实验验证。所提方法的解调精度优于 2.3 nm，远高于常

规双峰法。该算法可用于精确解调腔长在 55~135 μm 范围内的低精细度 FP 传感器。

Abstract

To solve the inaccurate calculation problem caused by the large peak positioning error

when the peak-to-peak (P2P) method is employed to demodulate low-finesse fiber-optic

Fabry-Perot (FP) sensors, this paper proposes a P2P and interference-order positioning

joint demodulation algorithm. For this purpose, two peaks are positioned in the reflection

spectrum of the FP sensor, and cavity length is estimated by the conventional P2P

method. Then, valley interference orders are introduced after a valley is positioned to

generate a sequence of possible cavity length values corresponding to different

interference orders. Finally, cavity length demodulation is achieved by retrieving the

value in the cavity length sequence closest to the result estimated by the P2P method.

To demonstrate the feasibility and superiority of the algorithm, this study also conducts

demodulation simulations and experimental verifications of low-fineness FP sensors

made from single-mode fibers. The experimental demodulation accuracy, better than 2.3

nm, is much higher than that of the conventional P2P method. The proposed algorithm

can be used to accurately demodulate low-finesse FP sensors with a cavity length of 55-

135 μm.

1　引言

光纤法布里-珀罗（FP）传感器在高温高压、强电磁干扰、强腐蚀性等特殊环境下的传感

应用有着无可比拟的优势

［1-2］

，通过解调 FP 传感器自身腔长变化可实现对温度

［3-4］

、压

力

［5-7］

、湿度

［8-9］

等重要物理信息的监测。其中，低精细度 FP 传感器制作成本更低，在

恶劣环境中的可靠性更高

［10］

，现已经被广泛应用于各个领域。FP 传感器腔长的快速、精

准解调无疑是其应用和推广需要解决的关键问题之一。

FP 传感器的腔长解调方法主要有强度法、相关法和相位法。强度法

［11］

利用 FP 传感器的

反射光强信息进行腔长的相对解调。该方法解调速度快，但是光源不可避免的光强起伏通

常会直接影响腔长测量结果，其解调精度相对较低，通常难以实现绝对量输出。相关法

［12］

将待测腔长与特定范围的参考腔长进行相关运算，由相关系数最大值确定绝对腔长。

该方法的解调精度较高，但运算量较大。另外，如果光源光谱过窄或者腔长过短，相关系

数主峰误判的问题会导致较大误差。相位法

［13-14］

通过分析 FP 传感器反射光谱的相位信息

来解算绝对腔长，避免了光源光强起伏的干扰，解调精度较高。常见的相位法主要有傅里

叶变换法、单峰法和双峰法。傅里叶变换法和单峰法的解调精度相对较高，但傅里叶变换

法的解调速度慢，动态特性差；而单峰法所选波峰的偏移量受限于自由光谱区，算法解调

范围较小。双峰法是一种能快速解算绝对腔长的算法，通过反射光谱中两个峰值信息来解

算腔长，但其峰值定位误差对解调精度的影响较为显著

［15］

。低精细度 FP 传感器的反射

光谱趋于平缓

［16］

，使用双峰法解调时容易出现峰值定位不准确的问题，导致腔长解算结

果的精度较低

［17］

。

为了实现低精细度 FP 传感器腔长的精确解调，减小峰值定位不准确引入的误差，南京信

息工程大学张鹏等

［18］

提出一种 Savitzky-Golay 卷积平滑滤波和洛伦兹局部拟合相结合的

峰值解调法，得到的峰值定位误差小于 10 pm。峰值定位误差减小后，再使用双峰法计算

腔长，腔长解调的精度较高，为 0.031 μm。但是，该算法较为复杂，腔长解调范围较小，

为 42~52 μm，并且该算法只适用于短腔 FP 传感器的解调。西北工业大学 Ma 等

［19］

提出

一种零交叉检测算法，选择两个零点获得光谱周期，进而解算腔长。该算法避免了双峰法

峰值定位不准确带来的问题，实现了腔长范围为 150~1000 μm、误差小于 0.083 μm 的解

调结果，解调范围大，但解调精度依然较低。

本文针对双峰法解调低精细度 FP 传感器时峰值定位误差带来的腔长解算不准确问题，提

出了一种双峰-干涉级次定位联合解调算法。首先定位 FP 传感器反射光谱中的两个波峰，

使用常规双峰法估算腔长，同时在反射光谱中定位一个波谷，引入干涉级次及相应腔长序

列，最后通过对比寻找腔长序列中与常规双峰法估值最接近的腔长，该腔长即为最终解算

结果。此方法可显著减小双峰法因峰值定位不准确引入的误差，仿真和实验均证实了该方

法的可行性与优越性。

2　算法原理

2.1　法布里-珀罗传感器测量原理

图 1 是一种典型的光纤 FP 传感器结构，两个垂直切割的单模光纤（SMF）穿入内径略大

于光纤包层外径的中空毛细玻璃管中，并使用紫外胶固定，毛细玻璃管中两个互相平行的

光纤端面构成了 FP 腔的两个反射面。

剩余11页未读，继续阅读

评论收藏

内容反馈

版权申诉

罗伯特之技术屋

粉丝: 3542
资源: 1万+

光纤法布里-珀罗传感器双峰-干涉级次定位联合解调算法.docx

光纤法布里-珀罗传感器研究进展

本征不对称光纤法布里-珀罗干涉仪的理论模型

快速傅里叶变换与线性调频Z变换联合算法在光纤法布里-珀罗传感器解调中的应用

啁啾光纤光栅法布里-珀罗传感器波分频分复用

复合式光纤法布里-珀罗传感器非扫描相关解调系统

论文研究-法布里-珀罗光纤位移传感器的设计 .pdf

光纤法布里-珀罗干涉二氧化碳气体传感器

非本征法布里-珀罗干涉型传感器非周期信号的相位解调方法.docx

非本征光纤法布里-珀罗干涉传感器的温度特性

短腔长复合式光纤法布里-珀罗压力传感器椭圆拟合腔长解调算法

滨松MEMS法布里-珀罗干涉光谱传感器技术资料.pdf

一种非本征光纤法布里-珀罗传感器的信号解调算法

光纤法布里珀罗传感器

飞秒激光加工的微型光纤法布里-珀罗干涉传感器

径向基函数神经网络在光纤法布里-珀罗传感器解调中的应用

基于傅里叶变换的光纤法布里-珀罗传感器解调研究

基于光纤开放式法布里-珀罗干涉仪的液体折射率测量

光楔式光纤法布里-珀罗传感器相关干涉信号特性分析

电子政务-基于法布里-珀罗干涉仪的静电电压传感器.zip

相关实用应用程序（Windows可用）

免费可用的ChatGPT网页版.zip

ChatGPT使用总结：150个ChatGPT提示词模板（完整版）

chromedriver-win64.zip

全国计算机二级WPSoffice精选350道选择题题库（含答案）.pdf

民宿网站

桌面聊天室

哈尔滨工业大学-ChatGPT调研报告-2023.3.6-94页.pdf

2023泛娱乐社交出海手册-ZEGO即构科技

4个亲测好用的ChatGPT4渠道

最新资源