F-P传感系统解调算法和数据处理及表现

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作为光纤传感器中的一个重要分支,光纤珐珀(Fabry-Perot,FP)传感器已经广泛应用于航天、医疗、建筑等各个领域。对于光纤FP传感器的解调,传统基于腔长分析的解调方法需要获取较宽的光谱才能得到较高的解调分辨率,对解调系统硬件性能要求较高,不适合工程化应用。为了降低解调成本,本文提出了一种可以在较窄光谱范围内实现高分辨率、大动态范围测量的高效解调算法。本文基于此解调算法开发了一套一体化的软件解调系统并将其应用到实际工程中,取得了较好的应用效果。本文主要研究内容如下:1.理论分析线性调频Z变换(Chirp-Z Transform,CZT)相位解调算法解调速度低以及测量线性度差等问题。为了更好满足高效和高指标的解调需求,本文提出了一种基于局部计算的拟合寻峰解调算法,依据峰值变化与传感器腔长变化的关系,将光谱的峰值作为传感器参量进行追踪。将本解调算法与CZT相位解调算法进行对比分析,结果表明其解调速度相比提高44.7%,解调输出灵敏度相比提高4.37倍,而测量线性度达0.9999以上。2.针对受噪声影响出现的解调结果误差过大等问题,本文对光谱数据和解调结果数据中的噪声进行分析后,根据需求采取了多种去噪算法。经过去噪算法的优化,解调结果的短时波动减少了83%。3.针对应用项目中要求的可视化和一体化系统表现,本文基于局部拟合寻峰解调算法开发了一套应用于光纤FP传感器的软件解调系统,该系统采用模块化设计方案,在保证系统稳定性和功能多样性的同时提升了解调速率,系统实时解调速率从600 Hz提升到960 Hz。4.对本文设计实现的解调系统做了相关性能测试,全面评估了解调系统各项性能指标。将本解调系统应用于实际的天平测量项目和压力测量项目,实验证明本解调系统具有良好的稳定性和易操作性,满足项目各项指标要求。
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