光纤法布里珀罗传感器加性噪声抑制方法及装置

专利2025-11-28  2


本发明主要涉及到光纤法布里珀罗传感器噪声抑制,尤其是一种光纤法布里珀罗传感器加性噪声抑制方法及装置。


背景技术:

1、fft解调方案具有计算简单、动态范围大及测量绝对腔长等特点,广泛应用于光纤法布里珀罗传感器(fp传感器)信号处理领域。

2、目前有人提出利用采集的全光谱信息,解调过程仅仅需要非零填充的快速傅里叶变换(fft)即可完成,成功实现了实时解调腔长。目前还有人提出了在信号本征频率处通过对全光谱的fft进行累加计算,直接获取由腔长变化引起的相位变化,这种算法利用全光谱信息的优势,能提高解调精度。但上述的解调方案都受到光纤fp腔两端反射率的限制,通常是指低精细度光纤fp传感器,导致光能利用率不高。

3、为解决这一问题,对fp腔端面采用镀膜方式提高反射率,可以增大反射光强,提高传感器的复用个数,因此对高精细度光纤fp传感器的进行深入研究是非常必要的。目前有方案提出对高精细度光纤fp传感器的光谱进行了fft,提取频谱的二阶频率分量恢复腔长,从而实现光学增敏效果,但未考虑噪声对解调性能的影响。而随着光纤fp传感器在医疗检测、水声探测和电力检测等领域受到广泛应用,解调方案噪声抑制能力备受关注。

4、目前针对高精细度光纤fp传感器解调方案的噪声抑制能力研究较少,追根溯源,光纤fp传感器主要关注光源强度噪声、光电器件噪声及光传输过程的噪声等方面。fft解调方案在高精度光纤fp传感器的解调中具有潜在的应用价值。然而,现有技术中对于fft解调方案在此过程中的噪声模型建立及噪声抑制措施的探讨明显不足。


技术实现思路

1、针对高精细度光纤fp传感器解调的噪声问题,本发明提供了一种光纤法布里珀罗传感器加性噪声抑制方法及装置。

2、为了实现上述目的本发明是通过以下技术方案实现的:

3、一方面,本发明提出一种光纤法布里珀罗传感器加性噪声抑制方法,包括:

4、获取在加性噪声的影响下光纤法布里珀罗传感器的反射光谱;

5、对光纤法布里珀罗传感器的反射光谱进行快速傅里叶变换,得到各阶频率分量处的虚实部;

6、对各阶频率分量处的虚实部执行反正切运算,建立各阶频率分量处特征峰加性噪声引起的解调相位变化的加性噪声模型;

7、基于加性噪声模型对多个特征峰的解调相位进行等比平均处理或者加权平均处理,实现噪声抑制。

8、另一方面,提供一种光纤法布里珀罗传感器加性噪声抑制装置,包括:

9、第一模块,用于获取在加性噪声的影响下光纤法布里珀罗传感器的反射光谱;

10、第二模块,用于对光纤法布里珀罗传感器的反射光谱进行快速傅里叶变换,得到各阶频率分量处的虚实部;

11、第三模块,用于对各阶频率分量处的虚实部执行反正切运算,建立各阶频率分量处特征峰加性噪声引起的解调相位变化的加性噪声模型;

12、第四模块,用于基于加性噪声模型对多个特征峰的解调相位进行等比平均处理或者加权平均处理,实现噪声抑制。

13、另一方面,提供一种计算机设备,包括存储器和处理器,存储器存储有计算机程序,处理器执行计算机程序时实现以下步骤:

14、获取在加性噪声的影响下光纤法布里珀罗传感器的反射光谱;

15、对光纤法布里珀罗传感器的反射光谱进行快速傅里叶变换,得到各阶频率分量处的虚实部;

16、对各阶频率分量处的虚实部执行反正切运算,建立各阶频率分量处特征峰加性噪声引起的解调相位变化的加性噪声模型;

17、基于加性噪声模型对多个特征峰的解调相位进行等比平均处理或者加权平均处理,实现噪声抑制。

18、另一方面,一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现以下步骤:

19、获取在加性噪声的影响下光纤法布里珀罗传感器的反射光谱;

20、对光纤法布里珀罗传感器的反射光谱进行快速傅里叶变换,得到各阶频率分量处的虚实部;

21、对各阶频率分量处的虚实部执行反正切运算,建立各阶频率分量处特征峰加性噪声引起的解调相位变化的加性噪声模型;

22、基于加性噪声模型对多个特征峰的解调相位进行等比平均处理或者加权平均处理,实现噪声抑制。

23、本发明在对光纤法布里珀罗传感器的反射光谱进行快速傅里叶变换后,建立了在加性噪声的影响下各阶特征峰频率分量处解调相位变化的噪声模型。为抑制解调系统加性噪声对高精细度光纤fp传感器信号解调的影响,利用各阶频率分量处特征峰之间解调相位变化的相关性和加性噪声的非相关性,基于加性噪声模型对多个特征峰的解调相位进行等比平均处理或者加权平均处理,实现噪声抑制。

24、结果表明,利用第一、二阶特征峰解调相位变化等比平均处理后的噪声功率谱密度降低,反映出采用相位变化等比平均处理能达到噪声抑制的效果。在光纤法布里珀罗传感器制作后,光强系数比 c1被设定为恒定值,相位变化通过第一、二阶特征峰解调相位变化固定的等比平均构成,只能在一定程度上降低噪声功率谱密度。

25、而在光强系数比为0.21时,加权平均的解调相位变化的噪声功率谱密度比为0.9487,这表明加权平均处理方案抑制加性噪声的能力更强。对高精细度光纤fp传感器的信号解调仅需要简单的加权平均,即可增强噪声抑制能力,为高精细度光纤fp传感器噪声抑制的应用和发展提供支持。



技术特征:

1.光纤法布里珀罗传感器加性噪声抑制方法,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的光纤法布里珀罗传感器加性噪声抑制方法,其特征在于,基于加性噪声模型对第一阶与第二阶的特征峰解调相位进行等比平均处理,实现噪声抑制,包括:将第一阶特征峰的解调相位与第二阶特征峰解调相位的一半进行等比平均,计算解调相位等比平均后加性噪声所引起的相位变化。

3.根据权利要求2所述的光纤法布里珀罗传感器加性噪声抑制方法,其特征在于,还包括通过功率谱密度评估等比平均处理的噪声抑制效果,包括:

4.根据权利要求1所述的光纤法布里珀罗传感器加性噪声抑制方法,其特征在于,基于加性噪声模型对第一阶与第二阶的特征峰解调相位进行加权平均处理,实现噪声抑制,包括:

5.根据权利要求4所述的光纤法布里珀罗传感器加性噪声抑制方法,其特征在于,优化第一阶特征峰解调相位的加权平均系数k1,获取最优第一阶特征峰解调相位的加权平均系数k1,包括:

6.光纤法布里珀罗传感器加性噪声抑制装置,其特征在于,包括:


技术总结
针对高精细度光纤FP传感器解调的噪声问题,本发明提出一种光纤法布里珀罗传感器加性噪声抑制方法及装置,包括获取在加性噪声的影响下光纤法布里珀罗传感器的反射光谱;对光纤法布里珀罗传感器的反射光谱进行快速傅里叶变换,得到各阶频率分量处的虚实部;对各阶频率分量处的虚实部执行反正切运算,建立各阶频率分量处特征峰加性噪声引起的解调相位变化的加性噪声模型;利用各阶频率分量处特征峰之间解调相位变化的相关性和加性噪声的非相关性,对多个特征峰的解调相位进行等比平均处理或者加权平均处理,实现噪声抑制。本发明噪声抑制能力强,为高精细度光纤FP传感器走向实际应用提供基础理论指导。

技术研发人员:夏霁,张玲玲,娄睿泽,姚琼,刘政,伍惟骏,陈虎,王付印,曹春燕,熊水东,朱敏,陈祥国
受保护的技术使用者:中国人民解放军国防科技大学
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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