[發明專利]一種短腔光纖法珀傳感器的腔長解調算法

有效

• 申請號: 201810333281.0
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108534811B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 王偉;唐瑛;張雄星;陳海濱;王可寧;高明
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G01D5/26;G01D5/30
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 黃秦芳

1.一種短腔光纖法珀傳感器的腔長解調算法，其特征在于：

所述算法過程是：

采集短腔光纖法珀傳感器的反射光譜，將原始反射光譜信號沿功率譜密度圖橫坐標方向移動一定距離，得到新增反射光譜信號，其移動距離小于反射光譜信號的周期長度，利用橢圓擬合方法對原始光譜信號與新增光譜信號求取相位差，根據法珀腔腔長計算公式得到實際絕對腔長值；

包括如下步驟：

步驟1：波長-頻域變換：對解調系統中光譜分析儀所采集短腔光纖法珀傳感器反射光譜的光譜數據，通過公式f＝c/λ進行波長域到頻域的變換，即將功率譜密度圖橫坐標由光波波長λ轉換為光波頻率f，得到周期性的頻域功率譜密度圖，式中，c為真空光速；

步驟2：計算光譜信號的偏置量m_x，即計算光譜信號相對強度的極大值S(f)_max與極小值的S(f)_min均值；公式為：

m_x＝(S(f)_max-S(f)_min)/2

步驟3：坐標變換，建立簡化的橢圓擬合方程，通過將反射光譜信號S(f)延f軸方向平移距離τ得到幅值，角頻率相同的兩個信號s(f)和s(f+τ)，其中τ小于s(f)的周期；將兩個信號的相對強度值分別作為李薩如圖圖形的橫縱坐標軸，繪出的李薩如圖圖形為橢圓，橢圓的長軸或短軸與XY坐標系X軸夾角始終為45°，將坐標系逆時針旋轉45°得到新的坐標系為X'Y'坐標系，并將橢圓向X'Y'的坐標原點方向平移m，此時橢圓的焦點F₁和F₂在X'軸上且關于原點對稱，令橢圓上的n個點的坐標為(x_i',y_i')，其橢圓方程為：

步驟4：利用最小二乘法解超定性方程組，得相關系數；依據步驟3得到的橢圓方程建立線性方程組AX＝1；即矩陣形式如下：

根據超定性方程組求解的算法，求得相關系數a,b；

步驟5：判斷偏置量是否合適：根據步驟4回代相關系數a、b得到橢圓擬合方程，該方程的剩余標準差為S，判斷S是否滿足閾值S_m，0S_m1；若不滿足要求，在上述步驟2計算得到m_x的基礎上以步長0.1為單位得到新的m_x，執行步驟3和步驟4直到滿足閾值Sm后執行步驟6和步驟7；

步驟6：由相關系數的比值，求取信號的相位差及信號周期：相關系數a,b為橢圓的長半軸a和短半軸b；因此相位差可表示為：

根據相位差和周期的關系得到信號周期：

步驟7：依據腔長計算公式得到法布里-珀羅腔腔長值。