仪器仪表学报

作者：潘红宇，吕峥，欧建臻，徐春锋，祝连庆

单位：潘红宇,北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016,panhongyu2022@163.com,吕峥,北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016,,欧建臻,1.北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016； 2.北京信息科技大学北京市光电测试技术重点实验室北京100192,,徐春锋,北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016,,祝连庆,1.北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016； 2.北京信息科技大学北京市光电测试技术重点实验室北京100192,lqzhu_bistu@sina.com,

关键词：FBG传感;VMD分解;光谱降噪;寻峰算法

基金：北京学者计划研究项目(BJXZ2021-012-00046)资助

针对基于CCD的光谱衍射法对光纤布拉格光栅解调过程中受到噪声干扰,导致FBG中心波长解调精度和稳定性降低的问题,提出了一种基于变分模态分解的VMD-WT-SG融合降噪算法。通过结合不同降噪算法的优势以及算法参数的调整，实现了对光谱信号中噪声成分的有效去除，在保留原始信号大部分特征的同时光谱波形更加平滑和连续，降噪效果明显。与传统的VMD降噪、SG降噪、Kalman滤波3种方法对比,经VMD-WT-SG融合降噪法处理后的光谱信噪比为20.14dB,均方根误差为0.017,信噪比分别提升了23.94%、41.14%和94.97%,均方根误差分别降低了39.29%、45.16%和67.92%,在4种降噪方法中效果最好。为了提高解调速率,在常用寻峰算法的基础上,提出了一种针对降噪后多峰光谱的中垂线相交寻峰算法,通过计算峰值点与左、右次大值点连线的中垂线的交点坐标来求取中心波长。并通过实验与多项式拟合、质心、高斯拟合算法对比了寻峰精度。结果表明提出的算法平均寻峰偏差为3.3pm,优于质心法与多项式拟合法,算法平均运行时间为0.261ms,优于多项式拟合法和高斯拟合法。实时应用中在保证精度的同时解调速率可达4kHz,同时该算法的稳定性较好,解调的波长平均标准差为1.8pm,能够满足实际应用的需求,对FBG传感网络中的多峰值实时快速检测具有一定的参考价值。

来源：2025年第4期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

查看仪器仪表学报杂志2025年第4期