光纤压力传感器测量的最小偏差腔长解调算法

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作者 申雅峰 江毅 隋广慧 《计量学报》 CSCD 北大核心 2023年第8期1235-1239,共5页

在光纤传感技术领域应用基于法珀腔(外腔式法布里-珀罗干涉腔)结构的光纤压力传感器进行气体压力测量时,由于传感器结构决定了腔长动态范围相对较小,需要高分辨率的腔长测量方法。因此针对基于法珀腔结构的光纤压力传感器进行绝对腔长... 在光纤传感技术领域应用基于法珀腔(外腔式法布里-珀罗干涉腔)结构的光纤压力传感器进行气体压力测量时,由于传感器结构决定了腔长动态范围相对较小,需要高分辨率的腔长测量方法。因此针对基于法珀腔结构的光纤压力传感器进行绝对腔长解调算法研究,提出一种高精度最小偏差腔长解调算法,通过将法珀腔光纤压力传感器密封在压力标准源中,对等间隔压力变化产生的不同腔长进行实时解调,实现了气体压力的实时测量。实验结果表明,法珀腔光纤压力传感器腔长值随压差变化呈现出良好的线性关系和重复性,腔长测量的重复性为±1 nm,精度为0.1496%,压力测量的重复性为0.12%,压力测量的精度优于0.5%。 展开更多

关键词 计量学 压力测量 光纤传感器 外腔式法布里-珀罗干涉腔 腔长解调

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基于相位差校正的FFT算法的F-P腔长解调方法 被引量：1

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作者 卞强 余家旺 +1 位作者 童余德 朱禛 《海军工程大学学报》 CAS 北大核心 2021年第6期82-87,共6页

为了提高基于傅里叶变换的法布里-珀罗传感器解调方法的精度,提出了以相位差校正法对快速傅里叶算法(FFT)进行改进。首先,将频率-光谱采样信号构造为两段相差一定相位的信号,分别对其进行FFT变换;然后,根据两段信号的相位差得到频率校... 为了提高基于傅里叶变换的法布里-珀罗传感器解调方法的精度,提出了以相位差校正法对快速傅里叶算法(FFT)进行改进。首先,将频率-光谱采样信号构造为两段相差一定相位的信号,分别对其进行FFT变换;然后,根据两段信号的相位差得到频率校正公式,根据校正后的频率求出腔长,提高了腔长的解调精度;最后,通过仿真计算,对比分析了基于相位差校正的FFT解调算法、FFT解调算法,以及FFT和能量重心联合算法在相同光源信号下解调的精度。仿真结果表明:基于相位差校正的FFT解调算法的解调值与真实值误差的标准差仅为FFT和能量重心联合算法的7.0659%,为FFT解调算法的0.00047%,证明了该改进算法解调的F-P腔长值与真实值具有更好的一致性。 展开更多

关键词 法布里-珀罗传感器 相位差校正 腔长解调

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基于Lissajous曲线拟合的EFPI光纤传感器腔长解调 被引量：3

3

作者 王彦 蒋超 +2 位作者 周子玮 黄晨晨 程东升 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第8期407-414,共8页

为提高非本征光纤珐珀传感器(Extrinsic Fabry-Perot Interferometric,EFPI)腔长解调的精度,基于EFPI传感器反射光谱近似余弦函数的特性,设计了一种基于李萨如图形(Lissajous-Figure)与标准形式椭圆曲线拟合的解调方法。将两组光强信号... 为提高非本征光纤珐珀传感器(Extrinsic Fabry-Perot Interferometric,EFPI)腔长解调的精度,基于EFPI传感器反射光谱近似余弦函数的特性,设计了一种基于李萨如图形(Lissajous-Figure)与标准形式椭圆曲线拟合的解调方法。将两组光强信号经过坐标变换拟合为标准椭圆曲线,以减少求解参数;并通过经验模态分解对数据进行分析,去余项后将得到的极值点代入椭圆曲线求解。将离散数据点分别移动5、10、15、20、25个点测试五组不同相移对解调结果的影响并选取其中误差最小的一组对EFPI传感器进行横向负载实验,分别施加5~25 N的应力,通过拟合椭圆曲线的解调方法将计算腔长差与理论腔长差相对比。结果表明,实际腔长差随负载成正比,平均误差值为5.690%左右,可以准确获取EFPI的腔长。 展开更多

关键词 EFPI光纤传感器 李萨如曲线拟合 经验模态分解 腔长解调

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基于FFT和复域相关的光纤EFPI压力传感器多腔长解调方法 被引量：3

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作者 何文涛 赵光再 +2 位作者 宁佳晨 李金洋 史青 《遥测遥控》 2019年第3期17-21,共5页

为实现高温光纤压力传感器的温度补偿,将基于高斯拟合FFT算法与复域相关算法结合,提出一种多腔解调方法。算法首先采用基于高斯拟合的FFT算法,粗解算出各腔的大致腔长,再利用复域相关算法在小范围内解调出各个腔长的精确值。方法降低对... 为实现高温光纤压力传感器的温度补偿,将基于高斯拟合FFT算法与复域相关算法结合,提出一种多腔解调方法。算法首先采用基于高斯拟合的FFT算法,粗解算出各腔的大致腔长,再利用复域相关算法在小范围内解调出各个腔长的精确值。方法降低对FFT解调精度要求,并缩小相关解调算法中的虚拟腔长范围,提高解调精度和效率。最后以初始腔长为50μm、110μm和250μm进行仿真验证,算法解调精度优于10nm,证明了多腔长解调算法的有效性和准确性。 展开更多

关键词 多腔长解调算法 光纤EFPI压力传感器 高斯拟合 互相关

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FP传感器双峰级次腔长解调算法

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作者 陈斯彤 王伟 +3 位作者 周立凡 王东平 徐郁盛 张雄星 《光电子．激光》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期128-134,共7页

在应用双峰法解调光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot, FP)传感器时,由于难以准确判断干涉级次,而导致解调腔长误差明显过大。为了应对这种问题,提出一种双峰级次腔长解调算法。该算法通过跟踪传感器反射光谱中相距最远的两个波峰准确判断出... 在应用双峰法解调光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot, FP)传感器时,由于难以准确判断干涉级次,而导致解调腔长误差明显过大。为了应对这种问题,提出一种双峰级次腔长解调算法。该算法通过跟踪传感器反射光谱中相距最远的两个波峰准确判断出所选波峰的干涉级次,然后根据单峰法精确解算出绝对腔长。由于有效消除了双峰法的干涉级次模糊,腔长解算精度显著提高。对腔长30—100μm的FP传感器进行了仿真分析和验证实验。仿真解调误差小于0.7 nm,实验误差小于1.4 nm,解调误差远小于双峰法。 展开更多

关键词 光纤传感器 法布里-珀罗(FP)腔 双峰法 干涉级次 腔长解调

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基于稀疏快速傅里叶变换的光纤F-P传感器腔长解调方法 被引量：9

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作者 陶珺 陈杨黎 卢景琦 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期216-222,共7页

因光纤法布里-珀罗(F-P)传感器的干涉光信号频谱具有稀疏性,求解腔长时,传统的快速傅里叶变换(FFT)算法需要计算整个频率范围内的频谱成分,计算速度较慢。稀疏快速傅里叶变换(SFFT)算法只需计算干涉光信号的主要频谱成分,通过频谱重排... 因光纤法布里-珀罗(F-P)传感器的干涉光信号频谱具有稀疏性,求解腔长时,传统的快速傅里叶变换(FFT)算法需要计算整个频率范围内的频谱成分,计算速度较慢。稀疏快速傅里叶变换(SFFT)算法只需计算干涉光信号的主要频谱成分,通过频谱重排、窗函数滤波、频域降采样,以及循环定位与估值,能快速地计算出信号频谱中K个极大的傅里叶系数,从中找出腔长对应的频率,解调出腔长。该算法结构简单,时间复杂度低。通过分析光纤FP传感器腔长解调系统的实际干涉光信号,验证解调结果的准确性,以及相比FFT算法的高效性。因此,SFFT算法适用于对光纤F-P传感器腔长进行在线实时解调,以实时测量物理量。 展开更多

关键词 传感器 光纤传感器 腔长解调 稀疏快速傅里叶变换 干涉光信号

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多腔型光纤法布里-珀罗传感器三波长动态解调技术 被引量：1

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作者 任乾钰 贾平岗 +3 位作者 钱江 王军 刘文怡 熊继军 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期188-197,共10页

针对在多腔型法布里-珀罗传感器中难以提取动态信号的问题,提出了一种用于多腔型法布里-珀罗传感器的三波长解调技术。该解调技术使用放大自发辐射光源和三个固定中心波长的宽带光纤滤波器,使干涉现象仅发生在多腔型光纤法布里-珀罗传... 针对在多腔型法布里-珀罗传感器中难以提取动态信号的问题,提出了一种用于多腔型法布里-珀罗传感器的三波长解调技术。该解调技术使用放大自发辐射光源和三个固定中心波长的宽带光纤滤波器,使干涉现象仅发生在多腔型光纤法布里-珀罗传感器的短腔中,以此提取较短腔的三个干涉信号。建立了校正算法和反正切算法来提取振动信号。实验结果表明,该解调技术成功提取了频率为1 kHz、峰峰值幅度为2.6μm的振动信号。解调速度为500 kHz,解调分辨率为0.25 nm。该解调技术具有系统紧凑、成本低、速度快、鲁棒性高等优点,在多腔型法布里-珀罗传感器方面有巨大的潜力。 展开更多

关键词 法布里-珀罗腔 光纤传感器 三波长解调算法 低相干干涉 腔长解调

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基于蚂蚁算法的EFPI光纤传感器的腔长解调技术

8

作者 严毅 周孟然 叶迎亮 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2013年第8期110-112,共3页

为实现煤矿瓦斯浓度的准确检测,采用白光非本征F-P(EFPI)干涉光纤传感瓦斯技术,通过调节EFPI光纤传感器腔长去实现测量瓦斯浓度信息,利用蚂蚁算法对干涉光谱中的归一化的特定级次中谱峰点经过定位且结合了单峰和双峰的测量方式去实现腔... 为实现煤矿瓦斯浓度的准确检测,采用白光非本征F-P(EFPI)干涉光纤传感瓦斯技术,通过调节EFPI光纤传感器腔长去实现测量瓦斯浓度信息,利用蚂蚁算法对干涉光谱中的归一化的特定级次中谱峰点经过定位且结合了单峰和双峰的测量方式去实现腔长解调。 展开更多

关键词 白光非本征F-P干涉光纤传感 腔长解调 蚂蚁算法 谱峰定位技术

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基于FFT-COSS的光纤F-P传感器解调算法

9

作者 付亚平 闻妲 王巧云 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期1529-1535,共7页

针对光纤Fabry-Perot(F-P)传感器的解调,提出一种基于快速傅里叶变换与余弦相似度(FFT-COSS)的腔长解调算法.首先利用快速傅里叶变换确定腔长的粗测值,然后结合余弦相似度算法求取精确腔长值,作为F-P腔的最终解调结果.仿真结果表明,FFT-... 针对光纤Fabry-Perot(F-P)传感器的解调,提出一种基于快速傅里叶变换与余弦相似度(FFT-COSS)的腔长解调算法.首先利用快速傅里叶变换确定腔长的粗测值,然后结合余弦相似度算法求取精确腔长值,作为F-P腔的最终解调结果.仿真结果表明,FFT-COSS算法将解调误差控制在±0.2 nm,单次解调的平均时间控制在1 s.将该算法应用于石墨烯与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)混合膜制作的薄膜式F-P传感器微压测试系统.实验结果表明,FFT-COSS算法的拟合度达到0.990 8,腔长分辨率优于0.621 8 nm,单次解调的平均时间控制在1 s,与仿真结果相符. 展开更多

关键词 光纤F-P传感器 薄膜式传感器 快速傅里叶变换 余弦相似度 腔长解调

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光纤法布里-珀罗传感器幅值归一化-最小均方差联合解调算法 被引量：4

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作者 冯嘉双 王伟 +4 位作者 张雄星 陈海滨 郭子龙 申佳鑫 张军英 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期93-100,共8页

面向光纤法布里-珀罗传感器的腔长解调,提出一种结合幅值归一化与最小均方差的联合解调算法.采用幅值归一化实现返回光谱信号与模拟光谱信号的等幅,提高解调精度.仿真结果表明,相较于传统最小方差法,该算法的解调精度显著提升.实验结果... 面向光纤法布里-珀罗传感器的腔长解调,提出一种结合幅值归一化与最小均方差的联合解调算法.采用幅值归一化实现返回光谱信号与模拟光谱信号的等幅,提高解调精度.仿真结果表明,相较于传统最小方差法,该算法的解调精度显著提升.实验结果表明,采用该算法可实现优于0.72nm的高分辨率. 展开更多

关键词 光纤传感器 法布里-珀罗腔 最小均方差 双峰法 腔长解调

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面向内燃机腔室压力监测的光纤F-P传感系统

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作者 黄乐然 李政阳 《内燃机与配件》 2021年第13期28-29,共2页

本项目旨在实现内燃机腔室压力的精确监测,构建通过温度补偿,精确测量压力的光纤传感系统。利用串联Fabry-Pérot(F-P)腔结构光纤传感器,在测量压力信号的同时监测腔室内的温度。利用光谱仪采集双F-P腔的干涉光谱后,使用结合Bunema... 本项目旨在实现内燃机腔室压力的精确监测,构建通过温度补偿,精确测量压力的光纤传感系统。利用串联Fabry-Pérot(F-P)腔结构光纤传感器,在测量压力信号的同时监测腔室内的温度。利用光谱仪采集双F-P腔的干涉光谱后,使用结合Buneman频率估计的FFT算法实现高精度腔长解调,并通过校准程序实现对压力信号的精确解算。项目成果将适用于内燃机腔室等高温、高压、强腐蚀和强电磁干扰环境下的压力监测。 展开更多

关键词 光纤传感系统 双F-P腔 Buneman频率估计 腔长解调

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法布里-珀罗干涉信号的小波变换相位补偿算法 被引量：5

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作者 王晶 张子豪 +2 位作者 余鑫宇 范典 周次明 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期39-45,共7页

为了高精度提取光纤法布里-珀罗干涉信号的腔长信息,结合小波变换的多尺度细分功能,通过小波脊线精确提取干涉光谱每点的相位信息,并采用谱峰信息进行相位补偿,提高腔长解调精度。仿真结果表明,该算法的解调误差理论上可达±0.060 n... 为了高精度提取光纤法布里-珀罗干涉信号的腔长信息,结合小波变换的多尺度细分功能,通过小波脊线精确提取干涉光谱每点的相位信息,并采用谱峰信息进行相位补偿,提高腔长解调精度。仿真结果表明,该算法的解调误差理论上可达±0.060 nm。实验结果表明,该算法的腔长解调分辨率相较于最小二乘相位校正法提高了1倍,分辨率可达0.514 nm,加速度传感器实验解调的分辨率达到0.9 mg,在法布里-珀罗传感器动静态参数高精度测量中具有一定的应用前景。 展开更多

关键词 法布里-珀罗 干涉信号 腔长解调 小波变换 相位补偿 加速度传感器

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光纤法布里-珀罗传感器双峰-干涉级次定位联合解调算法 被引量：3

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作者 王东平 王伟 +3 位作者 张军英 张雄星 陈海滨 郭子龙 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第16期213-219,共7页

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... 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55~135μm范围内的低精细度FP传感器。 展开更多

关键词 测量 光纤传感器 法布里-珀罗腔 双峰法 相位法 腔长解调 干涉级次

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