光纖傳感器信號(hào)處理流程

在工業(yè)監(jiān)測(cè)、醫(yī)療檢測(cè)、橋梁健康監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，光纖傳感器憑借抗電磁干擾、高精度、可遠(yuǎn)程傳輸?shù)忍匦詡涫荜P(guān)注。廣州安協(xié)科技股份有限公司（www.overz.cn）深耕傳感器技術(shù)領(lǐng)域多年，積累了豐富的光纖傳感器信號(hào)處理經(jīng)驗(yàn)。接下來(lái)，將為大家詳細(xì)解析光纖傳感器信號(hào)處理的全流程。

一、信號(hào)采集：物理量的初始轉(zhuǎn)化

光纖傳感器通過(guò)敏感元件感知外界溫度、壓力、應(yīng)變等物理量，并將其轉(zhuǎn)化為光信號(hào)變化。像基于光纖布拉格光柵（FBG）的應(yīng)變傳感器，當(dāng)外界發(fā)生應(yīng)變，光柵周期改變，反射光的中心波長(zhǎng)就會(huì)漂移；而基于馬赫 - 曾德?tīng)柛缮嬖淼膫鞲衅?，外界物理量變化?huì)使兩干涉臂光程差改變，進(jìn)而影響輸出光強(qiáng)。這些光信號(hào)變化，就是信號(hào)處理的原始輸入。

不同類(lèi)型光纖傳感器的信號(hào)采集原理各有特點(diǎn)，如下表所示：

二、信號(hào)傳輸：光信號(hào)的穩(wěn)定傳遞

采集到的光信號(hào)需通過(guò)光纖傳輸至處理單元。光纖作為傳輸介質(zhì)，具備低損耗、寬帶寬、抗電磁干擾的優(yōu)勢(shì)。在傳輸時(shí)，長(zhǎng)距離傳輸通常選單模光纖，短距離且對(duì)帶寬要求高的場(chǎng)景多用多模光纖。同時(shí)，合理規(guī)劃光纖敷設(shè)路徑，避免過(guò)度彎折擠壓，減少傳輸損耗。

為保證信號(hào)穩(wěn)定，還會(huì)利用光放大器對(duì)衰減的光信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)。常見(jiàn)的摻鉺光纖放大器（EDFA），能在不改變光信號(hào)特性的情況下，提升光功率，確保信號(hào)順利抵達(dá)處理單元。

三、信號(hào)解調(diào)：光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)變

信號(hào)解調(diào)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，目的是把攜帶物理量信息的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。不同類(lèi)型傳感器解調(diào)方法不同：

光纖布拉格光柵傳感器解調(diào)：常采用可調(diào)諧濾波器法等，調(diào)節(jié)濾波器中心波長(zhǎng)與光柵反射波長(zhǎng)匹配，通過(guò)檢測(cè)輸出光強(qiáng)變化，確定波長(zhǎng)漂移量，獲取物理量信息。

干涉型光纖傳感器解調(diào)：主要運(yùn)用相位生成載波（PGC）解調(diào)技術(shù)，在干涉儀一臂施加高頻調(diào)制信號(hào)，將相位變化轉(zhuǎn)化為幅度變化，經(jīng)處理提取與物理量相關(guān)的電信號(hào)。

四、信號(hào)處理：優(yōu)化與特征提取

解調(diào)后的電信號(hào)常伴有噪聲，且特征不明顯，需要進(jìn)一步處理：

信號(hào)放大：由于電信號(hào)微弱，使用低噪聲放大器，在放大信號(hào)的同時(shí)降低噪聲引入，提高信噪比。

濾波處理：針對(duì)環(huán)境電磁干擾產(chǎn)生的高頻噪聲、電源波動(dòng)的低頻噪聲等，通過(guò)設(shè)計(jì)合適的濾波器，濾除噪聲，保留有用信號(hào)。

特征提取與分析：對(duì)處理后的信號(hào)進(jìn)行分析，周期性信號(hào)可用傅里葉變換分析頻率成分；緩變信號(hào)則通過(guò)求平均值等方法，提取變化趨勢(shì)等特征。

五、信號(hào)輸出：服務(wù)實(shí)際應(yīng)用

經(jīng)過(guò)一系列處理，信號(hào)處理單元將結(jié)果以模擬電壓信號(hào)、數(shù)字信號(hào)（如 RS485、CAN 總線(xiàn)等）形式輸出，方便與控制系統(tǒng)、顯示設(shè)備交互。例如在橋梁健康監(jiān)測(cè)中，處理后的信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸至監(jiān)控中心，助力工作人員掌握橋梁狀態(tài)，排查安全隱患。

總結(jié)

光纖傳感器信號(hào)處理包含采集、傳輸、解調(diào)、處理和輸出多個(gè)環(huán)節(jié)，環(huán)環(huán)相扣。廣州安協(xié)科技股份有限公司持續(xù)創(chuàng)新，為客戶(hù)提供高性能光纖傳感器及完善的信號(hào)處理方案。如需了解更多產(chǎn)品與技術(shù)，歡迎訪(fǎng)問(wèn)官網(wǎng) www.overz.cn。