[发明专利]一种用于光纤法珀传感器腔长相关解调的拟合寻峰方法

说明书

一种用于光纤法珀传感器腔长相关解调的拟合寻峰方法，用于精确确定光楔式相关解调系统中相关干涉信号的峰值位置，获取光纤法珀传感器的腔长，其寻峰过程为：通过采样电路获取CCD线阵探测到的相关干涉信号的光强分布信息，光强和对应的位置信息以两个数列形式输出，先对相关干涉信号数据进行预处理去除基底信号，并提取预处理后的相关干涉信号的上包络点，再对其进行高斯拟合，精确确定峰值位置，解算出光纤法珀传感器的腔长。由于采用高斯拟合的方法，提高了因CCD像素单元大小与数量而被限制的分辨率，提高了光纤法珀传感器光楔式相关解调系统的腔长解算精度。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种用于光纤法珀传感器腔长相关解调的拟合寻峰方法。

背景技术

光纤法珀传感器由于其重量轻、体积小、灵敏度高、动态响应范围大和抗电磁干扰能力强等特点，已经成为光纤传感领域的重要研究方向之一，尤其是在强电磁干扰、高温、高压等恶劣环境下的应用更是具有传统传感器无法比拟的优势。光纤法珀传感器光楔法解调系统多采用卤钨灯、LED、SLD等宽带光源，其中卤钨灯和LED，带宽较大，可产生对比度较高的相关干涉信号，但其出射光发散角较大，耦合进光纤的能量较小，致使CCD线阵的积分时间变长，解调速率变低。SLD光源，其优势在于发散角小，耦合进光纤的能量远大于卤钨灯、LED，可减小CCD的积分时间，提高解调速率。目前市场上主流的SLD光源3dB带宽以几十纳米为主，产生的相关干涉信号对比度低，影响了峰值位置的准确提取，导致解调出的光纤法珀传感器的腔长信息不精确。进一步的，通过增加光源的带宽，在一定程度上可提高相关干涉信号的对比度，有利于提高腔长解调的精确度，但由于光探测元件CCD线阵是由一系列的像素单元线性排列构成的，具有离散性，其固有的像素单元尺寸限制了CCD线阵的分辨率，因此，即使增加光源带宽，仍然难以解决腔长信息的精确解调问题。

发明内容

针对CCD线阵像素单元尺寸对分辨率的限制和宽带光源带宽有限导致相关干涉信号对比度较低的问题，本发明提供一种用于光纤法珀传感器腔长相关解调的拟合寻峰方法，提高了光纤法珀传感器的解调精度。

为了达成上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种用于光纤法珀传感器腔长相关解调的拟合寻峰方法，是以CCD线阵探测的相关干涉信号为原始数据，将光强和对应的位置信息以两个数列形式输出，先对相关干涉信号数据进行预处理去除基底信号，并提取预处理后的相关干涉信号的上包络点，再对其进行高斯拟合，精确确定峰值位置，解算出光纤法珀传感器的腔长。

进一步的，包含以下步骤：

步骤1：获取CCD线阵探测的干涉信号原始数据；

步骤2：对原始干涉信号进行预处理，即根据聚焦照射于CCD线阵的光场空间分布的特征，使用数学模型构建无相关干涉条件下的光场空间分布，求出不同位置x处的光强值I_s，进而用干涉信号各个点的光强值I_out除以对应位置的I_s，将与干涉信号叠加的光源空间高斯分布基底信号去除；

步骤3：通过对预处理后的数字序列的区间单调变化方向进行判断，提取干涉信号极大值点，其构成干涉信号的上包络；

步骤4：设定阈值，截取拟合区间；

步骤5：由所选区间内的n个极大值点处的光强值y_i组成n×1矩阵Y＝(y₁y₂y₃...y_n)^T，其对应的位置信息组成n×1矩阵X＝(x₁x₂x₃...x_n)^T，这两个矩阵构成了高斯拟合寻峰的数据；

步骤6：用高斯函数拟合数据点(x_i,y_i)(1≤i≤n)；