基于平均滤波算法的光纤气体传感系统研究

数字平均滤波是信号处理中一种常用的方法。在小信号检测中,使用数字平均滤波可以获得较高的信噪比,提高检测的灵敏度。本文提出了一种利用光学器件来实现数字平均滤波的新方法,应用于基于差分吸收检测原理的窄带扫描光源光纤气体传感系统。系统的输出是一段连续的光谱,包含有被测乙炔气体的多个特征吸收峰。系统使用法珀标准具ETALON和参考光栅提供波长参考,完成对输出信号的光谱重建。对相同波长范围的信号进行平均滤波,使气体的相同特征吸收峰重合,提高检测的灵敏度。利用光谱重建,克服了可调谐Fabry-Perot滤波器驱动电压和透射波长不稳定因素的影响。实验结果表明,本系统可以方便有效地实现光谱意义上的数字平均滤波,检测到较低浓度的乙炔气体,比较适用于工业化气体检测系统。

基于混合高斯模型的储物柜存取货行为检测方法

针对储物柜存取货物场景的实际情况和人员行为的特点,提出一种通过融合时间调整机制控制前景融入背景的改进型混合高斯建模检测方法,并引入手臂识别机制。融合时间调整机制减小了由于人员停止运动而错误决策为背景的可能性;手臂识别算法模型有效地识别人员伸手动作。实验结果表明,该方法可以简单有效地从连续的图像序列中检测出人员在储物柜场景下的存取货物行为。

采用双芯光纤的增益平坦滤波器

对现有放大自发辐射（ASE）光源与掺铒光纤放大器（EDFA）增益平坦的方法做了分析和讨论,采用双芯光纤和光纤波分复用（WDM）耦合器组合的方法设计了一种新的增益平坦滤波器。由于双芯光纤的传输谱特性可以通过弯曲、扭转以及拉伸等方式调节,从而这种全光纤的增益平坦滤波器具有实现简便、可调谐性好等优点,平坦化后的出射光谱在1527.36~1561.04 nm的带宽内只有±0.5 dB的起伏。结果表明,采用双芯光纤与其他器件一同制作的滤波器,在光通信与光纤传感领域有较大的应用前景。

光纤气体传感系统背景噪声的滤除

在光纤气体传感系统中,为提高检测的灵敏度,需要采取措施抑制系统的各类噪声。通过设计低噪声的前置放大器和光源驱动电路可有效地降低系统的噪声;但对于因光路变化和光在传输过程中偏振态发生变化引起的背景噪声的处理一直是光纤气体传感系统测量灵敏度提高的难点。提出一种基于最小二乘拟合的背景噪声滤除算法。利用参考光栅和法布里-珀罗标准具实现对输出信号的光谱重建。在此基础上,利用气体特征吸收峰两边的输出拟合整个输出曲线。将系统的输出与拟合曲线相除,实现系统输出的归一化,有效地滤除了系统的背景噪声,避免了当传感系统背景噪声发生变化时,需要重新采集背景气的繁琐工作,为测量带来方便。

波长扫描及多次平均法提高气体传感信号信噪比的理论与实验研究

研制了一种基于可调谐Fabry-Perot滤波器的扫描光源法的乙炔气体检测系统,利用法珀标准具和参考光栅划定波长范围,能实现光谱范围的平均滤波,使乙炔气体同一吸收峰的谱线重合在一起,提高了测量的灵敏度。采用本文的方法可以克服可调谐Fabry-Perot滤波器透射波长不稳定带来的影响。实验结果证明,利用平均滤波能有效地消除由光源抖动和光电转换电路产生的背景噪声,实现了低浓度乙炔气体的检测。本方法可大幅度地提高信噪比,信噪比增加倍数可达17.8,能检测浓度为6.3638e-005的乙炔气体。采用锯齿波驱动的扫描光源,光源的相干性小,可以克服谐波检测方法中干涉噪声很难消除的问题,比较适合于工业化的气体监测。

基于FBG实际反射谱匹配的FBG峰值波长偏移量的高精度确定方法

针对目前光纤布拉格光栅(FBG)解调方案中采用低分辨率CCD测量FBG峰值波长时存在的问题,提出一种采用基于FBG实际反射谱构建基函数匹配CCD测量获得的有限测量点确定FBG峰值波长偏移量的新方法。分别在理论和实测上对这种方法的有效性和可行性进行了研究,证明这种采用FBG实际反射谱函数匹配有限测量数据的方法比采用特定函数拟合测量数据的方法能够更准确地获得FBG峰值波长的偏移量。实现了在CCD采样点数少、光谱分辨率较低的情况下对FBG峰值波长偏移量的高精度确定,有效地提高了实际工程应用中基于低成本CCD解调FBG峰值波长及其微小偏移量的准确性。