[发明专利]一种光纤F-P温度/压力复合传感器的腔长解调方法

说明书

本发明提供了一种光纤F‑P温度/压力复合传感器的腔长解调方法，对光纤F‑P温度/压力复合传感器接收到的光谱信号进行预处理，利用带通滤波器对复合腔长信号进行分离，利用FFT方法对光谱信号进行解调预估粗略腔长值，在一定范围内以较大步长间隔构造一系列不同腔长值的虚拟干涉光谱信号与实际干涉光谱信号进行互相关解调运算得到较精确的腔长值，然后根据此腔长值缩小腔长模拟范围，在小范围内以小的步长间隔进行互相关运算，依次重复，直到达到解调精度要求，获得腔长值。本方法能对光纤F‑P温度/压力复合传感器多个腔长信息进行绝对测量，解调速度快，腔长分辨率高，动态范围大，在工业生产、装备制造等过程中高温、高压同时检测方面有重要的实际应用价值。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种光纤F-P温度/压力复合传感器的腔长解调方法。

背景技术

信号解调技术是光纤F-P传感系统的核心部分，是决定传感系统的精度与稳定性的关键。目前研究最多和应用最广的解调方法分为强度解调和相位解调两大类。强度解调直接通过干涉输出光强求解F-P腔长，实现简单，响应速度快，但易受光源波长与输出功率的变化影响，解调精度低。相位解调通过检测干涉输出光谱的相位变化实现信号解调，和强度解调相比精度更高。

在相位解调法中，常用的光谱解调法如单峰法或多峰法是通过跟踪归一化干涉谱中的谱峰实现信号解调，难以同时实现高精度和大动态范围测量。傅里叶变换解调法是采用快速傅里叶变换(FFT)求输出信号的频谱，响应速度快，可实现大动态范围测量，但解调精度较低。基于交叉相关运算的相关解调法，可测量绝对腔长值，具有高分辨率，适用于大腔长解调范围。其他的高精度解调方法如离散腔长解调法等系统响应慢，不适用于对待测物理量的实时监测。

发明内容

本发明目的旨在克服上述光纤F-P传感器解调技术中存在的不足，提供一种快速、高精度的光纤F-P温度/压力复合传感器的腔长解调方法，可实现对光纤F-P复合传感器不同腔长值的绝对测量，从而实现对多物理量快速、高精度的同时测量。

本发明为了达到上述的目的，提供的技术方案如下：

为实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案：一种光纤F-P温度/压力复合传感器的腔长解调方法，包括：

对光纤F-P温度/压力复合传感器接收到的光谱信号进行预处理；

利用带通滤波器对复合腔信号进行分离；

利用快速傅里叶变换(FFT)对光谱信号进行解调预估粗略腔长值；

在第一指定腔长模拟范围内以第一预设步长间隔构造多个腔长值不同的虚拟干涉光谱信号，与实际干涉光谱信号进行互相关运算，得到精确腔长值；

根据精确腔长值缩小腔长第一指定腔长模拟范围，在小范围内以第二步长间隔进行互相关运算，依次重复，直到达到解调精度要求，获得腔长值。

其中，对接收到的光谱信号进行预处理的方式至少包括信号的插值拟合、去噪、光谱归一化。

其中，干涉光谱信号公式表示为：

构造腔长为L，干涉对比度为1的归一化干涉光谱，表示为：

其中，在构造多个腔长值不同的虚拟干涉光谱信号，与实际干涉光谱信号进行互相关运算的步骤中，由实际干涉光谱信号与虚拟干涉光谱信号进行互相关运算，得到二者之间的相关系数为

其中，L、L₀是真实腔长值和虚拟腔长值，ν为干涉光光谱的频率，ν₁和ν₂分别是干涉光光谱频率的下限和上限，c为光速，γ为干涉条纹对比度。

其中，获取腔长值的步骤为：