光纖光柵傳感信號(hào)中的噪聲去除研究

趙金婷

（天津三星通信技術(shù)研究有限公司，天津 300385）

1 光纖光柵傳感器的現(xiàn)狀與工作原理

1.1 光纖傳感器發(fā)展現(xiàn)狀

隨著對(duì)傳感器技術(shù)的不斷提升，光纖光柵傳感器因?yàn)樽陨淼谋姸鄡?yōu)勢，使得其在高科技、軍事、航天等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但是，在實(shí)際的應(yīng)用過程中，光纖光柵傳感器很容易受到外界噪聲的干擾，從而對(duì)其傳感精度產(chǎn)生嚴(yán)重影響，從而造成應(yīng)用過程中的各種錯(cuò)誤，不利于行業(yè)的發(fā)展，因此，有效的進(jìn)行光纖光柵傳感器噪聲消除具有非常重要的意義。世界上各國在發(fā)展過程中，為了能夠有效的將光纖光柵傳感器噪聲困擾進(jìn)行消除，其進(jìn)行了多年的研究。而其中最早進(jìn)行噪聲處理的方法是，通過傅里葉變換對(duì)光纖光柵傳感器進(jìn)行噪聲消除，從而希望能夠提高光纖光柵的傳感質(zhì)量，可是因?yàn)樵趯?shí)際的應(yīng)用過程中，傅里葉變換對(duì)整體傳感信號(hào)的分解較為粗糙，因此不能夠完全的對(duì)光纖光柵中的傳感器噪聲進(jìn)行有效的消除，導(dǎo)致了應(yīng)用過程中的一些局限性。此外，還有的研究人員通過使用小波變換來對(duì)光纖光柵傳感信號(hào)噪聲進(jìn)行消除，從而希望能夠提高傳感器的信號(hào)質(zhì)量，雖然小波變換的方式對(duì)于整個(gè)信號(hào)傳輸?shù)姆纸飧蛹?xì)節(jié)化，并且在進(jìn)行噪聲處理時(shí)的效果較好，但是因?yàn)槠渥陨淼挠?jì)算方式非常復(fù)雜，在選擇閾值時(shí)非常重要，但目前對(duì)選擇采用硬閾值或者是軟閾值還沒有真正的產(chǎn)生一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此在具體的實(shí)現(xiàn)過程還是存在一定的困難。而本文中針對(duì)輪廓波變換進(jìn)行研究，這種方法是一種多尺度的分解方法，不僅能夠有效的去除傳感器信號(hào)中的噪聲，還能夠提高信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量。

1.2 光纖光柵的工作原理

對(duì)于光纖光柵傳感器的自身定義為，這是一種對(duì)于信號(hào)波長進(jìn)行調(diào)制的傳感器，但是因?yàn)閷?duì)于整個(gè)調(diào)制器自身波長的控制，導(dǎo)致其在進(jìn)行信號(hào)傳輸過程中，不會(huì)輕易的受到外界一些因素的影響，從而在傳輸時(shí)傳輸質(zhì)量得到有效的保證，如圖1所示。并且因?yàn)槠渥陨砭哂幸欢ǖ膬?yōu)勢，因此在實(shí)際的應(yīng)用過程中的應(yīng)用范圍較廣，不僅能夠有效的對(duì)溫度、壓力等進(jìn)行準(zhǔn)確測量，并且在進(jìn)行應(yīng)用過程中，其自身能夠隨著光柵柵距的不斷變化，從而使自身反射波長也隨之進(jìn)行改變，通過對(duì)其波長變化的測試，能夠使我們得到溫度、壓力等量值。

圖1 光纖光柵傳感的工作原理

2 光纖光柵傳感信號(hào)去噪效果的測試與分析

下面，我們?yōu)榱四軌驅(qū)饫w光柵傳感信號(hào)受到噪聲影響問題進(jìn)行了解，因此基于輪廓波變換方式，對(duì)整個(gè)光纖光柵傳感信號(hào)進(jìn)行去噪處理，希望能夠通過本次實(shí)驗(yàn)證明輪廓波變換方法的有效性，能夠有效的消除光纖光柵傳感信號(hào)中的噪聲，從而提高了傳感器的傳輸質(zhì)量。

2.1 含噪的光纖光柵傳感信號(hào)

本次我們實(shí)驗(yàn)過程中，為了能夠更加準(zhǔn)確的對(duì)輪廓波變換方法進(jìn)行分析，從而真正為光纖光柵傳感信號(hào)受噪聲影響進(jìn)行解決，通過采用Matlab2014系統(tǒng)作為本次測試的平臺(tái)。光纖光柵傳感信號(hào)受噪聲影響的情況如圖2所示。

圖2 含噪的光纖光柵傳感信號(hào)

2.2 結(jié)果與分析

2.2.1 本文的去噪效果

通過對(duì)圖2中受噪聲影響的光纖光柵傳感信號(hào)進(jìn)行研究，并采用了輪廓波變換方式進(jìn)行處理，從而得到如圖3中所示的傳感信號(hào)圖形。不僅通過進(jìn)行輪廓波變換而進(jìn)行很好的噪聲去除，還有效的提升了整體的傳感信號(hào)質(zhì)量。

圖3 輪廓波變換的光纖光柵傳感信號(hào)去噪結(jié)果

2.2.2 與當(dāng)前經(jīng)典方法的性能對(duì)比

實(shí)驗(yàn)主要是通過應(yīng)用輪廓波變化進(jìn)行去噪與傳統(tǒng)的小波變換方法進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中，通過對(duì)傳感器信號(hào)峰值信噪比（PSN R）、均方根誤差（MSE）等數(shù)據(jù)對(duì)光纖光柵傳感信號(hào)去噪結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)的研究與評(píng)價(jià)，本次實(shí)驗(yàn)中的兩種不同方法的去噪數(shù)據(jù)如表1所示。在表1中，通過使用小波變換方法進(jìn)行去噪時(shí)，其PSNR值與輪廓波變換方法的PSNR值有著明顯的差距，而PSNR值數(shù)越大則質(zhì)量越好，因此輪廓波變換方法的處理效果要強(qiáng)。此外，我們通過對(duì)MSE數(shù)值進(jìn)行分析，其數(shù)值越低則去噪的效果更加穩(wěn)定，所以綜合各種數(shù)據(jù)，輪廓波變換方法的去噪效果最為穩(wěn)定與有效。

表1 與經(jīng)典光柵傳感信號(hào)去噪方法的性能對(duì)比

3 結(jié)束語

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于光纖光柵傳感信號(hào)的噪聲影響處理問題也在不斷的完善，通過對(duì)去除方法的不斷創(chuàng)新，使得光纖光柵傳感信號(hào)噪聲問題得到有效的解決，從而滿足了實(shí)際的應(yīng)用要求，對(duì)于傳輸效果有了較高的提升。