用于低相干干涉解调系统的传感器多通道匹配方法研究

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光纤法-珀(F-P)传感技术以其测量精度高、动态范围大、抗电磁干扰等优点,在海洋压力监测、航空航天、高温油井管道等领域具有广阔的应用前景。光纤F-P传感器能够实现分布式、多参量测量,并适用于多探头的传感解调复用系统。但是目前基于时分复用的多通道传感解调系统中,光纤F-P传感器需要与传感通道一一配对使用,而无法在其他传感通道上准确解调,这大大限制了光纤F-P传感器应用的灵活性和复用系统的扩展性。本文针对光纤F-P传感器在多通道传感解调系统中遇到的问题,对多通道偏振低相干干涉解调系统进行重点研究,在研究基础上,提出了一种基于位置偏移补偿的传感器多通道匹配方法,并进行了实验验证,达到了光纤F-P传感器一次标定,任意通道上解调的目的。本文的具体研究内容如下:1、从多通道偏振低相干干涉解调系统的光路模型出发,建立了各传感通道在相同扫描光程差下的干涉条纹位置分布数学模型,通过计算机仿真,解释了通道间干涉条纹位置偏移的原因。在此基础上,提出了一种基于位置偏移补偿的多通道匹配方法,该算法主要包括位置恢复和位置补偿两部分,其中位置补偿算法使光纤F-P传感器能够在任意通道上传感解调,位置恢复算法保证了高解调精度。2、采用压力控制系统对四通道偏振低相干干涉解调系统进行了压力实验,以验证提出的基于位置偏移补偿的多通道匹配方法的有效性。实验结果表明,在100~200 kPa的压力范围内,通过使用该算法,光纤F-P传感器在任意通道上的解调误差都低于0.13 kPa,且解调误差的标准差不超过0.076 kPa。证明了该算法可以使光纤F-P传感器仅需一次标定,即可在该多通道解调系统的任意通道上传感解调,并同时保证低测量误差和高可靠性。3、针对解调系统结构参数难以准确获取这个问题,提出了基于标准光程差线性拟合的方式给出解调系统的光程差分布。为证明所提出方法的可行性,我们进行了相应的压力实验,实验结果表明,在3~283kPa的压力范围内,各传感通道的最大解调误差不超过0.287kPa,证明了该方法的可行性。
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