一種基于干涉型光纖振動傳感器的信號處理方法

一種基于干涉型光纖振動傳感器的信號處理方法摘要本文介紹了一種基于干涉型光纖振動傳感器的信號處理方法，該方法采用了相位調(diào)制技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)，在傳感器輸出光信號的相位變化中分析信號頻率和振動幅度，實(shí)現(xiàn)對傳感器輸出信號的實(shí)時處理和提取。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能夠快速、準(zhǔn)確地測量目標(biāo)物體的振動頻率和幅度，并能應(yīng)用于多種不同場景的振動探測和監(jiān)測。關(guān)鍵詞：干涉型光纖傳感器，信號處理，相位調(diào)制技術(shù)，數(shù)字信號處理引言隨著工業(yè)制造業(yè)和航空航天、電力等領(lǐng)域的不斷發(fā)展，對物體振動的監(jiān)測和探測要求越來越高。傳統(tǒng)的振動傳感器大多采用電磁感應(yīng)式或壓電晶體式，但這些傳感器存在著易受電磁干擾、溫度漂移大等缺陷。相比之下，基于光纖的振動傳感器具有抗干擾能力強(qiáng)、精度高的優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)器人控制、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。其中，干涉型光纖振動傳感器是一種基于光學(xué)干涉原理的傳感器，能夠檢測物體振動時產(chǎn)生的微小位移，因而在測試技術(shù)、機(jī)械振動分析、地震監(jiān)測等方面應(yīng)用廣泛。但該傳感器的信號處理和數(shù)據(jù)提取較為復(fù)雜，需要采用高速數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理等方法對傳感器輸出信號進(jìn)行處理和分析。因此，本文將介紹一種基于干涉型光纖振動傳感器的信號處理方法，實(shí)現(xiàn)對振動信號的實(shí)時處理和提取。一、干涉型光纖振動傳感器現(xiàn)代光纖傳感器最早由美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的G.Keiser于1968年發(fā)明，光纖作為一種傳感器，具有小尺寸、輕量、抗電磁干擾、抗腐蝕、防爆等特點(diǎn)，在地震監(jiān)測、機(jī)器控制、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、醫(yī)療應(yīng)用等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。干涉型光纖振動傳感器將本質(zhì)上是把拍頻技術(shù)和光纖傳感器結(jié)合起來。當(dāng)物體振動時，光纖引入的微小變形將影響光纖中的傳播光線，使其發(fā)生相位改變，通過檢測光強(qiáng)的變化可以得到振動的幅度和頻率。二、信號處理方法干涉型光纖振動傳感器的輸出信號為光信號，因此需要采用光電轉(zhuǎn)換器將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，再進(jìn)行信號分析和處理。1.相位調(diào)制技術(shù)相位調(diào)制技術(shù)是干涉型光纖振動傳感器較為重要的技術(shù)之一。該技術(shù)能夠通過改變傳感器反射鏡的位置來改變光信號的相位。當(dāng)物體振動時，反射鏡的位置將發(fā)生微小變化，使得光信號傳輸?shù)墓獬贪l(fā)生變化，從而影響光信號的相位。因此，通過測量光信號的相位變化可以得到目標(biāo)物體的振動頻率和幅度。相位調(diào)制技術(shù)的精度和靈敏度取決于反射鏡的質(zhì)量和制造工藝。2.數(shù)字信號處理技術(shù)數(shù)字信號處理技術(shù)主要應(yīng)用于處理干涉型光纖振動傳感器輸出信號的分析和處理。本文采用了FFT算法對傳感器輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，分析物體振動的頻率和幅度，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的信號處理和分析。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析本文采用了光電轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號處理器等器件，以及反射鏡和光纖構(gòu)建了干涉型光纖振動傳感器。實(shí)驗(yàn)采用了鋼球振動的方式，通過調(diào)節(jié)鋼球振動的幅度和頻率模仿物體的振動，進(jìn)行了多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的基于干涉型光纖振動傳感器的信號處理方法能夠?qū)崿F(xiàn)對目標(biāo)物體的振動頻率和幅度的實(shí)時處理和提取。通過觀察實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確地得到物體的振動頻率和幅度，并且與實(shí)際測量值具有較高的相關(guān)性。因此，該方法具有應(yīng)用前景和實(shí)用價(jià)值。四、總結(jié)本文介紹了一種基于干涉型光纖振動傳感器的信號處理方法。該方法采用了相位調(diào)制技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對傳感器輸出信號的實(shí)時處理和提取。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能夠快速、準(zhǔn)確地測量目