[发明专利]一种基于非线性回归数据处理的提高马赫-泽德型传感器测量范围的方法及系统

权利要求书

1.一种基于非线性回归数据处理的扩大马赫-泽德型传感器测量范围的方法，其特征在于，包括步骤如下：

(1)测量获取马赫-泽德型传感器的离散数据；

(2)采用拟合算法处理离散数据，还原出传输函数，传输函数即获取的高分辨率的光谱图像；

如果输入是平坦白光，即各种波长的功率全相等时，马赫-泽德型传感器的输出光谱为传输函数，如式(I)所示：

式(I)中，y_i为输出光强度；x_i为待测物理量引起的波导有效折射率变化相关的参数；a和b是根据不同测量场景初始条件和器件参数决定的变量；c和d是实际传输函数的最大值最小值相关的参数；λ是光波长；

如果输入不是平坦白光，传输函数为输出光谱除以输入光谱；

(3)根据步骤(2)还原出的传输函数求取待测物理量，待测物理量是指马赫-泽德型传感器的测量目标；

式(I)中，a,b,c,d,λ是五个待定参数；

式(I)的具体拟合方法如下：

a、计算测量散点即马赫-泽德型传感器的离散数据表示为n组数据点(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，…，(x_n,y_n)到传输函数的距离的平方和，x₁……x_n是指待测物理量决定的与波导有效折射率有关的参数，y₁……y_n是指光功率；

测量得到的散点到传输函数的距离的平方为各散点到传输函数的距离的平方和为

b、对a,b,c,d,λ五个待定参数分别求偏导数，其偏导数为零处即为到各个测量散点的距离最小的函数；将平方项展开并对a,b,c,d,λ求偏导得到方程组(II)：

其中，A_cos＝cos[(a+b·x_i)·2π/λ]，A_sin＝sin[(a+b·x_i)·2π/λ]，通过计算机程序用数值法求解方程组(II)即解得a,b,c,d,λ的值。

2.根据权利要求1所述的一种基于非线性回归数据处理的扩大马赫-泽德型传感器测量范围的方法，其特征在于，步骤(3)中，待测物理量为光波长时，传输函数如式(Ⅲ)所示：

式(Ⅲ)中，a＝n₁·(L₁-L₂)，P_out是光功率，V是施加电压，P_out、V分别是指式(I)中y、x；n₁为波导的有效折射率，d_g是指马赫-泽德型传感器短干涉臂电极外侧的缺口的长度；L₁、L₂分别是指马赫-泽德型传感器的长、短干涉臂长度；n_e是铌酸锂材料非寻常光的折射率，γ₃₃＝31.2pm/V，是铌酸锂材料在z方向的电光系数，Γ是光场与电极之间电场的积分系数；

通过对方程组(II)的数值迭代，即得到光波长λ的值。