利用时延估计法提升光纤光栅波长检测精度

"本文提出了一种利用时延估计法提高光纤光栅中心波长检测精度的方法，该方法适用于均匀应变场或温度场中的任意形状光栅。通过分析信噪比（SNR）对不同形状反射谱峰值提取的影响，发现对于均匀周期的单模光纤布拉格光栅，光栅长度越长，折射率变化越大，峰值检测受信噪比的影响越显著。实验对比表明，使用时延估计中的相位谱法进行中心波长偏移量提取，能有效抑制噪声引起的中心波长随机漂移，且不受波长扫描精度限制，无需预先假设反射谱形状并进行曲线拟合，具有较小的计算量，检测精度可达到皮米级别。" 光纤光栅是一种重要的光学传感器，广泛应用于温度、压力、应变等物理量的测量。波长检测是其核心步骤，而传统的中心波长检测方法在面临高精度需求时可能会受到信噪比和波长扫描精度的限制。文章提出采用时延估计技术，这是一种在雷达和声呐领域的成熟算法，首次将其应用于光纤光栅的波长检测中。 时延估计法的核心是相位谱法，它通过对信号的相位信息进行处理来估计时延，从而确定波长。在光纤光栅的反射谱中，这种方法可以准确地捕捉到峰值，即便是在高噪声环境下，也能保持较高的检测精度。实验结果证实，相位谱法的中心波长偏移量估计不受波长扫描精度的直接影响，能有效地抑制噪声对检测结果的干扰。这一特性使得该方法特别适合于要求极高精度的场合，如光纤传感系统和精密测量应用。 由于相位谱法无需对反射谱进行预设模型或曲线拟合，大大简化了计算过程，提高了处理速度。这不仅降低了计算复杂性，也为实时监测和大规模部署提供了可能性。此外，皮米级别的检测精度对于许多实际应用，如结构健康监测、环境监测和通信系统，具有重大意义。 时延估计法的引入为光纤光栅的中心波长检测提供了一种新的高精度解决方案，克服了传统方法的一些局限性，有望推动光纤光栅传感器技术的发展。未来的研究可能将深入探讨如何进一步优化这种算法，以适应更复杂的环境和更高的动态范围。