采用小波变换提取弱反射光纤布拉格光栅干涉信号

发布时间：2024-12-18 01:28

　　 提出一种提取基于迈克耳孙干涉的弱反射光纤布拉格光栅(WFBG)时分复用系统中干涉信号的方法,以降低数据采集量并提高零差对称解调精度。对光强信号进行连续小波变换,寻找变换系数的极值,相邻的极小值和极大值用于界定激光干涉区间。针对不同宽度的激光脉冲工况,调整小波尺度因子,以寻找干涉区间,分别基于干涉区间内光强信号的最大值和平均值得到干涉信号,最后采用零差对称算法解调干涉信号的相位信号。将WFBG传感器放入振动液柱内,多次测量同一弱正弦信号,并对测量信号进行正弦曲线拟合。拟合结果显示采用连续小波变换提取短脉冲干涉区间并以平均值法计算干涉信号有助于提高该传感系统的零差对称解调精度。

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【部分图文】：

图1 WFBG传感系统图及信号时序图。（a)WFBG传感系统示意图；（b）时序

5）重复执行步骤4），即可获得所有AOM调制区间内的干涉区间。3实验与分析

图2 在不同调制脉宽、不同WFBG个数下基于AOM调制信号或CWT提取的干涉区间。（a）基于AOM调制信号在300ns调制脉宽下提取的2-WFBG干涉区间；（b）采用CWT在300ns调制脉宽下提取的2-WFBG干涉区间；（c）采用CWT在450ns调制脉宽下提取的2-WFBG干涉区间；（d）采用CWT在300ns调制脉宽下提取的5-WFBG干涉区间

50m的单模光纤两端熔接2根WFBG，作为传感元件，将其卷成直径为6cm的光纤环放入振动液柱内。迈克耳孙干涉仪臂差同样为50m，以匹配传感光纤长度。对振动台施加频率为500Hz、振幅为0.6m/s2的正弦信号。AOM(CETCSGTF150-1550-1T）调制脉宽分别设....

图3 同一振动源下，针对不同调制脉宽采用不同方法提取干涉区间特征值，并经多次测量得到的振动液柱振动信号。（a)300ns调制脉宽；（b)450ns调制脉宽

对比300ns和450ns调制脉宽下采用平均值法得到的解调信号三项指标可得：300ns调制脉宽时的结果均优于450ns调制脉宽时的结果。当发射的激光脉冲变宽后，脉冲光强整体下降，并且脉冲顶部伴随着较大的不规律起伏（图5），出现该现象的原因是引入的随机起伏噪声导致系统解调精度下降。....

图4 经正弦曲线拟合后的测量信号。（a）拟合度；（b）频率；（c）幅度；（d）平均拟合度、频率均方根误差和幅度标准差

针对基于迈克耳孙干涉的WFBG时分复用系统，提出采用CWT方法自动获取干涉区间的方法，并实现了300ns和450ns调制脉宽下对2-WFBG与5-WFBG干涉信号的自动提取，所提方法与传统方法相比减少了一路采集信号。采用振动液柱法多次测量同一弱正弦振动信号，探讨调制脉宽选择、干涉....

本文编号：4016832