[发明专利]基于任意极值的低相干干涉解调方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于低相干干涉条纹的任意一个波峰或波谷的低相干干涉解调方法，适用于压力，温度，应变和位移传感等领域。

背景技术

低相干干涉是一种能够高精度测量绝对位移的有效方法，应用于表面三维轮廓检测、透明材料的厚度测量和光学相干层析技术等领域中。通常的做法是通过定位低相干干涉条纹的零光程位置获取测量信息，因此零光程位置定位的准确度和重复性会直接影响解调装置的精度和稳定度。在低相干干涉发展的起步阶段，利用干涉条纹的对比度或调制度来确定零光程差位置是应用最为广泛的一种方法，理论上干涉条纹对比度最大处就是零光程差位置，这种方法简单但是抗噪声能力差，在信噪比比较差的条件下，很难达到很高的精度。随着低相干干涉技术的发展，提取干涉条纹包络并利用最大值定位零光程位置的方法得到重视，提取低相干干涉条纹包络的方法包括最小二乘曲线拟合法、傅里叶变换滤波法、小波算法和希尔波特算法等，最大值搜索法和重心法被用于直接计算零光程位置。

但是，当低相干干涉条纹畸变较大，信噪比较低时，上述方法零光程位置定位误差较大，导致测量精度受限，难于满足测量精度要求高于0.5％F.S.的领域。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种简单有效的基于任意极值的低相干干涉解调方法。

本发明提供的基于任意极值的低相干干涉解调方法，首先对接收的低相干干涉信号进行自适应Fourier滤波，然后从滤波后的干涉信号中提取出有效的波峰或波谷以获取干涉条纹的整体平移信息，进而得到F-P传感器的腔长变化实现解调，具体实现步骤为：

第1、对干涉条纹信号进行离散Fourier变换；

第2、根据离散Fourier变换后的幅频信息确定干涉信号所处的频率段，并以该频率段内幅值最大处对应的频率为中心，通过设置阈值幅度来自动地确定干涉信号的起始频率和截止频率，保持起始频率和截止频率段内对应的幅值和相位不变，其余频率对应的幅值和相位都设置为0；

第3、进行离散Fourier反变换，反变换后得到的复数的实部即为自适应Fourier滤波后的滤波信号。

第4、搜寻出滤波后干涉信号所有的极值点，然后通过设置一个上限阈值和下限阈值，以提取出有效的波峰和波谷，其中任意一个有效的波峰或波谷的极值位置都随外界气体压强做单调平移。

第5、对提取出的有效波峰或波谷按照从左到右的顺序进行编号，每一个有效的波峰或波谷对应一个特定的编号，解调时始终追踪其中一个特定编号的波峰或波谷的极值位置，从而实现对干涉条纹的整体平移信息的获取，进而获取F-P传感器的腔长变化实现解调。

第2步所述的自适应Fourier滤波的阈值幅度的确定方法是：阈值幅度的设定依干涉信号的信噪比而不同，但阈值赋值的设定只要能够满足区分出干涉信号的频率和噪声的频率即可。

第4步所述的上限阈值和下线阈值的确定方法是：上限阈值的设定需要满足保证高于上限阈值的有效波峰数目不变，下限阈值的设定需要满足保证低于下限阈值的有效波谷数目不变。

当需要更高解调精度时，同时追踪多个编号的波峰和波谷，并进行信号平均处理获取干涉条纹的整体平移信息。

本发明中Fourier滤波的理论依据：

在工程实际中，任何一种实际的宽带光源，如常见的发光二极管(LED)、超辐射发光二极管(SLD)，卤素灯等，它们的光谱一般都呈近似高斯分布，为了便于分析，我们假设光源光谱成理想高斯分布，则低相干干涉条纹的光强可以表示为：