[发明专利]光纤FP传感器的全光谱信号拟合解调方法及装置

说明书

本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种光纤FP传感器的全光谱信号拟合解调方法及装置，该方法包括：获取光纤FP传感器的全光谱数据；基于正弦函数表达式，采用最小二乘法拟合全光谱数据，得到拟合曲线；根据全光谱数据对应的波长范围，确定干涉级的取值；根据干涉级的取值，确定拟合曲线中波峰和/或波谷对应的波长。该方法充分利用了全部光谱信息，获得了较为准确的正弦形式的拟合函数，消除或减小了光谱中高频波动的影响，提高了峰值点和/或谷值点的获取精度。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种光纤FP传感器的全光谱信号拟合解调方法及装置、计算机可读存储介质。

背景技术

光纤FP(Fabry-Perot，法珀)传感器因其具有抗电磁干扰、耐高温、尺寸小、精度高等优点，广泛应用于航空、航天、航海、能源等领域。光纤FP传感器最核心的结构是FP腔，入射光在FP腔的两个端面之间发生多次反射和透射，形成一组反射光束，反射光束发生干涉，形成具有干涉特性的反射光谱。当光纤FP腔端面反射率较低时，第三次反射光的光强就已经远小于前两次反射光，因而，可以仅考虑前两次反射光发生的双光束干涉。此时，光纤FP传感器的光谱是一个近似正弦曲线的信号。

强度解调法是一种常见的光纤FP传感器光谱信号解调方法。外界物理量(如温度、应变、振动等信号)会引起光纤FP传感器输出信号强度的变化，主要表现在光纤FP传感器光谱的移动和变形。通过检测光谱上峰值对应的波长，就能得到外界物理量影响之下，光纤FP传感器的光谱峰值对应波长的变化，从而建立物理量与波长变化之间的对应关系。通常情况下，在数据处理时，会通过对峰值附近部分数据点进行统计，拟合得到峰值点对应的波长。

目前，强度解调法存在两方面不足，一是光纤FP传感器的光谱不是严格的正弦曲线，光谱上存在高频波动，以至于在统计计算拟合光谱中的波峰时会有较大的误差；二是仅采用峰值附近的数据进行统计计算，未充分利用全光谱域的数据，数据使用率偏低，所得结果可靠性较差。

发明内容

本发明的目的是，针对上述至少一部分缺陷，提供了一种针对光纤FP传感器的全光谱信号解调的方法及装置，以解决现有技术中解调光纤FP传感器光谱信号误差大、可靠性差的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种光纤FP传感器的全光谱信号拟合解调方法，该方法包括如下步骤：

S1、获取光纤FP传感器的全光谱数据；

S2、基于正弦函数表达式，采用最小二乘法拟合全光谱数据，得到拟合曲线；

S3、根据全光谱数据对应的波长范围，确定干涉级的取值；

S4、根据干涉级的取值，确定拟合曲线中波峰和/或波谷对应的波长。

优选地，所述步骤S1中，获取光纤FP传感器的全光谱数据进一步包括：

S1-1、利用光谱仪采集光纤FP传感器的全光谱信号；

S1-2、利用计算机提取光谱仪的采集结果，得到光纤FP传感器的全光谱数据。

优选地，所述步骤S2中，基于正弦函数表达式，采用最小二乘法拟合全光谱数据时，正弦函数表达式为：y＝a*sin(b*λ+c)+d，其中，λ为入射光波长，y为光强，a、b、c、d为拟合系数。

优选地，所述步骤S3中，根据全光谱数据对应的波长范围，确定干涉级的取值时，表达式为：

其中，b、c为拟合系数，λ₁为波长范围下限，λ₂为波长范围上限，k为干涉级，是整数。

优选地，所述步骤S4中，确定拟合曲线中波峰和/或波谷对应的波长时，波峰对应的波长满足如下表达式：