用于光纤MEMS干涉光谱的修正方法和修正系统

专利2025-06-25  17


本技术涉及光谱寻峰,具体涉及一种用于光纤mems干涉光谱的修正方法和修正系统。


背景技术:

1、目前,压力传感器主要应用于矿井、石油、航空航天发动机检测和健康安全监测等领域。传统的压力传感器有电容式、压电式和电阻式压力传感器,传统的压力传感器的原理是将所需要的压力信息转换成电信号,进而来解调压力。但是,传统的压力传感器的稳定性较差,且在工作过程中易受到电磁干扰的影响,导致压力检测精度差。

2、相关技术中,由于光纤类传感器具备稳定性好、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀和本质无源等优点,所以多采用光纤压力传感器替代传统的压力传感器,以提高压力传感器的稳定性和抗电磁干扰能力,提高压力的检测精度。同时,微机电系统(micro-electro-mechanical system,mems)类传感器具备精度高、灵敏度高、可靠性强的优势,成为近年来主要的研究目标。光纤mems压力传感器在具备了光纤类传感器优点的同时又结合了mems类传感器的技术优势,光纤mems类传感器通过解调法珀腔干涉峰的波长,进而得知外界温度、压力等物理量的变化。

3、在实现相关技术的过程中,发现相关技术至少存在以下技术问题:

4、相关技术中采用的光纤mems类传感器的解调需要高精度的干涉峰寻峰算法,但是,目前的干涉寻峰算法往往无法解决光谱畸变的问题,导致光纤mems类传感器的解调出现误差,进而影响测量得到的外界温度或压力等物理量的精准程度。


技术实现思路

1、本技术提供了一种用于光纤mems干涉光谱的修正方法和修正系统,实现对多峰光谱进行解调处理,且实现了对光谱的畸变判断与修正,提高测量得到的外界温度或压力等物理量的精准程度,采用的判断手段与修正手段简单易于实现,且误差小,从而能够在修正系统中实现。

2、在一些实施例中,提供了一种用于光纤mems干涉光谱的修正方法,包括:获取目标光谱的拟合基本信息;其中,拟合基本信息包括目标光谱的高斯拟合中心波长;基于拟合基本信息,确定目标光谱是否畸变以及目标光谱的畸变类型;在目标光谱畸变的情况下,基于拟合基本信息,计算修正值;基于畸变类型和修正值对高斯拟合中心波长进行修正,得到修正后的拟合中心波长。

3、本公开实施例提供的用于光纤mems干涉光谱的修正方法,通过判断目标光谱的畸变类型,按照畸变类型对目标光谱进行修正,提高测量的物理量的准确程度。采用的判断手段与修正手段简单易于实现,从而能够在修正系统中实现。同时,本技术能够将多峰光谱划分为多个单峰光谱,以解决相关技术中无法处理多峰光谱的问题。

4、可选地,基于拟合基本信息,确定目标光谱是否畸变以及目标光谱的畸变类型,包括:基于拟合基本信息,确定目标光谱左侧采样点的个数和右侧采样点的个数;在左侧采样点的个数和右侧采样点的个数相等的情况下,目标光谱未畸变;在左侧采样点个数大于右侧采样点个数的情况下,目标光谱畸变,且畸变类型为左侧畸变;在左侧采样点个数小于右侧采样点个数的情况下,目标光谱畸变,且畸变类型为右侧畸变。

5、通过比较目标光谱的左侧采样点个数和右侧采样点个数,判断目标光谱是否发生畸变。进而便于在发生畸变的情况下,对目标光谱进行修正,以减少光谱畸变带来的光纤mems传感器检测的物理量不准确的问题。

6、可选地,拟合基本信息还包括拟合采样间隔和拟合波长区间的端点值x,拟合波长区间的端点值x包括拟合波长区间的左端点值xl和拟合波长区间的右端点值xr;按照如下公式,基于拟合基本信息,确定目标光谱左侧采样点的个数和右侧采样点的个数,包括:

7、;

8、其中,d为采样点个数;为高斯拟合中心波长;在计算左侧采样点个数dl的情况下,x为拟合波长区间的左端点值xl;在计算右侧采样点个数dr的情况下,x为拟合波长区间的右端点值xr。

9、在该实施例中,通过计算目标光谱的左右采样点个数,以确定光谱是否发生畸变,检测畸变的过程简单高效,便于在修正系统中实现。

10、可选地,基于拟合基本信息,计算修正值,包括:基于拟合基本信息,确定目标光谱的拟合总采样点数;基于拟合基本信息、预设公式和拟合总采样点数,计算修正值。

11、在该实施例中,通过计算修正值,以便于对目标光谱进行修正,提高测量的物理量的准确程度。

12、可选地,基于拟合基本信息,确定目标光谱的拟合总采样点数,包括:基于拟合基本信息,确定目标光谱的左侧采样点的个数和右侧采样点的个数;计算左侧采样点的个数与右侧采样点的个数之和,得到拟合总采样点数。

13、在该实施例中,通过将目标光谱的左侧采样点个数与右侧采样点个数之和作为拟合总采样点数,以便于计算修正值。

14、可选地,拟合基本信息还包括目标光谱的拟合3db带宽;基于拟合基本信息、预设公式和拟合总采样点数,计算修正值a,包括:

15、预设公式为:;

16、其中,a为第一预设参数,b为第二预设参数,c为第三预设参数,dz1为拟合总采样点数。

17、在该实施例中,通过计算修正值a,以便于使用修正值a对目标光谱进行修正,提高测量的物理量的准确程度。

18、可选地,按照如下方法确定第一预设参数a、第二预设参数b和第三预设参数c,方法包括:获取预设光谱和预设光谱的实际中心波长λ1;基于多个预设畸变系数,对预设光谱进行多次高斯拟合,得到多个拟合后的畸变光谱;确定每个拟合后的畸变光谱的基本信息,得到多个畸变基本信息;其中,畸变基本信息包括畸变中心波长λ2、畸变采样间隔k2和畸变3db带宽;计算畸变采样间隔k2对应的畸变总采样点数;确定每个拟合后的畸变光谱的畸变类型;其中,畸变类型包括左侧畸变和右侧畸变;基于公式、实际中心波长λ1和多个畸变基本信息,得到多个关于a、b和c的等式,解得a、b和c;其中,在畸变类型为左侧畸变的情况下,n=2;在畸变类型为右侧畸变的情况下,n=1。

19、在该实施例中,通过将已知的预设光谱进行畸变,以得到多个畸变光谱。基于多个畸变光谱和已知的预设光谱的实际中心波长λ1,构造出多个关于a、b和c的等式,进而能够求解得到a、b和c。从而便于计算使用修正值对目标光谱进行修正,提高测量的物理量的准确程度。

20、可选地,畸变类型包括左侧畸变和右侧畸变,基于畸变类型和修正值对高斯拟合中心波长进行修正,得到修正后的拟合中心波长,包括:在畸变类型为左侧畸变的情况下,修正后的拟合中心波长等于高斯拟合中心波长与修正值之和;在畸变类型为右侧畸变的情况下,修正后的拟合中心波长等于高斯拟合中心波长与修正值之差。

21、在该实施例中,根据目标光谱的不同畸变类型,对目标光谱采用不同的修正方式,得到的修正后的拟合中心波长能够更加准确的表示测量的物理量,从而提高测量的物理量的准确程度。

22、可选地,获取目标光谱的拟合基本信息,包括:获取多峰光谱;使用峰值分割参数分割多峰光谱,得到多个目标光谱;其中,多峰光谱包含多个干涉峰,目标光谱包含单个干涉峰;对目标光谱进行高斯拟合,得到目标光谱的拟合基本信息。

23、在该实施例中,通过使用峰值分割参数分割多峰光谱,将包括多个干涉峰的光谱拆分为多个包括单个干涉峰的光谱,以便于分别对包括单个干涉峰的光谱进行分析,从而实现对多峰光谱的解调。

24、在一些实施例中,提供了一种用于光纤mems干涉光谱的修正系统,包括:光纤mems传感器,被配置为可输出测量的物理量对应的光信号;解调仪,被配置为将光信号转换为目标光谱,以及被配置为获取目标光谱的拟合基本信息;其中,拟合基本信息包括目标光谱的高斯拟合中心波长;基于拟合基本信息,确定目标光谱是否畸变以及目标光谱的畸变类型;在目标光谱畸变的情况下,基于拟合基本信息,计算修正值;基于畸变类型和修正值对高斯拟合中心波长进行修正,得到修正后的拟合中心波长。

25、本公开实施例提供的用于光纤mems干涉光谱的修正系统,通过解调仪判断目标光谱的畸变类型,按照畸变类型对目标光谱进行修正,提高测量的物理量的准确程度。采用的判断手段与修正手段简单易于实现,且误差小,从而能够在修正系统中实现。同时,解调仪能够将多峰光谱划分为多个单峰光谱,以解决相关技术中无法处理多峰光谱的问题。


技术特征:

1.一种用于光纤mems干涉光谱的修正方法,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的用于光纤mems干涉光谱的修正方法,其特征在于,所述基于所述拟合基本信息,确定所述目标光谱是否畸变以及所述目标光谱的畸变类型,包括:

3.根据权利要求2所述的用于光纤mems干涉光谱的修正方法,其特征在于,所述拟合基本信息还包括拟合采样间隔和拟合波长区间的端点值x,所述拟合波长区间的端点值x包括拟合波长区间的左端点值xl和拟合波长区间的右端点值xr;按照如下公式,基于所述拟合基本信息,确定所述目标光谱左侧采样点的个数和右侧采样点的个数,包括:

4.根据权利要求1所述的用于光纤mems干涉光谱的修正方法,其特征在于,所述基于所述拟合基本信息,计算修正值,包括:

5.根据权利要求4所述的用于光纤mems干涉光谱的修正方法,其特征在于,所述基于所述拟合基本信息,确定所述目标光谱的拟合总采样点数,包括:

6.根据权利要求4所述的用于光纤mems干涉光谱的修正方法,其特征在于,所述拟合基本信息还包括所述目标光谱的拟合3db带宽;所述基于所述拟合基本信息、预设公式和所述拟合总采样点数,计算修正值a,包括:

7.根据权利要求6所述的用于光纤mems干涉光谱的修正方法,其特征在于,按照如下方法确定所述第一预设参数a、所述第二预设参数b和所述第三预设参数c,方法包括:

8.根据权利要求1所述的用于光纤mems干涉光谱的修正方法,其特征在于,所述畸变类型包括左侧畸变和右侧畸变,所述基于所述畸变类型和所述修正值对所述高斯拟合中心波长进行修正,得到修正后的拟合中心波长,包括:

9.根据权利要求1至8中任一项所述的用于光纤mems干涉光谱的修正方法,其特征在于,所述获取目标光谱的拟合基本信息,包括:

10.一种用于光纤mems干涉光谱的修正系统,其特征在于,包括:


技术总结
本申请涉及光谱寻峰技术领域,具体涉及一种用于光纤MEMS干涉光谱的修正方法和修正系统。其中,用于光纤MEMS干涉光谱的修正方法,包括:获取目标光谱的拟合基本信息;其中,拟合基本信息包括目标光谱的高斯拟合中心波长;基于拟合基本信息,确定目标光谱的畸变情况是否畸变以及和目标光谱的畸变类型;在目标光谱畸变情况为畸变的情况下,基于拟合基本信息,计算修正值;基于畸变类型和修正值对高斯拟合中心波长进行修正,得到修正后的拟合中心波长。实现对多峰光谱进行解调处理,且实现了对光谱的畸变判断与修正,提高测量的物理量的精准程度,方法简单易于实现、误差小,从而能够在修正系统中实现。

技术研发人员:王纪强,吴国秀,李振,赵林,曹鲁
受保护的技术使用者:山东省科学院激光研究所
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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