光纖光柵傳感信號中的噪聲去除研究

趙金婷

（天津三星通信技術研究有限公司，天津 300385）

1 光纖光柵傳感器的現狀與工作原理

1.1 光纖傳感器發展現狀

隨著對傳感器技術的不斷提升，光纖光柵傳感器因為自身的眾多優勢，使得其在高科技、軍事、航天等領域得到廣泛的應用。但是，在實際的應用過程中，光纖光柵傳感器很容易受到外界噪聲的干擾，從而對其傳感精度產生嚴重影響，從而造成應用過程中的各種錯誤，不利于行業的發展，因此，有效的進行光纖光柵傳感器噪聲消除具有非常重要的意義。世界上各國在發展過程中，為了能夠有效的將光纖光柵傳感器噪聲困擾進行消除，其進行了多年的研究。而其中最早進行噪聲處理的方法是，通過傅里葉變換對光纖光柵傳感器進行噪聲消除，從而希望能夠提高光纖光柵的傳感質量，可是因為在實際的應用過程中，傅里葉變換對整體傳感信號的分解較為粗糙，因此不能夠完全的對光纖光柵中的傳感器噪聲進行有效的消除，導致了應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光纖光柵傳感信號噪聲進行消除，從而希望能夠提高傳感器的信號質量，雖然小波變換的方式對于整個信號傳輸的分解更加細節化，并且在進行噪聲處理時的效果較好，但是因為其自身的計算方式非常復雜，在選擇閾值時非常重要，但目前對選擇采用硬閾值或者是軟閾值還沒有真正的產生一個統一的標準，因此在具體的實現過程還是存在一定的困難。而本文中針對輪廓波變換進行研究，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中的噪聲，還能夠提高信號傳輸的質量。

1.2 光纖光柵的工作原理

對于光纖光柵傳感器的自身定義為，這是一種對于信號波長進行調制的傳感器，但是因為對于整個調制器自身波長的控制，導致其在進行信號傳輸過程中，不會輕易的受到外界一些因素的影響，從而在傳輸時傳輸質量得到有效的保證，如圖1所示。并且因為其自身具有一定的優勢，因此在實際的應用過程中的應用范圍較廣，不僅能夠有效的對溫度、壓力等進行準確測量，并且在進行應用過程中，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行改變，通過對其波長變化的測試，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 光纖光柵傳感信號去噪效果的測試與分析

下面，我們為了能夠對光纖光柵傳感信號受到噪聲影響問題進行了解，因此基于輪廓波變換方式，對整個光纖光柵傳感信號進行去噪處理，希望能夠通過本次實驗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中的噪聲，從而提高了傳感器的傳輸質量。

2.1 含噪的光纖光柵傳感信號

本次我們實驗過程中，為了能夠更加準確的對輪廓波變換方法進行分析，從而真正為光纖光柵傳感信號受噪聲影響進行解決，通過采用Matlab2014系統作為本次測試的平臺。光纖光柵傳感信號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

2.2 結果與分析

2.2.1 本文的去噪效果

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

圖3 輪廓波變換的光纖光柵傳感信號去噪結果

2.2.2 與當前經典方法的性能對比

實驗主要是通過應用輪廓波變化進行去噪與傳統的小波變換方法進行對比實驗，實驗過程中，通過對傳感器信號峰值信噪比（PSN R）、均方根誤差（MSE）等數據對光纖光柵傳感信號去噪結果進行詳細的研究與評價，本次實驗中的兩種不同方法的去噪數據如表1所示。在表1中，通過使用小波變換方法進行去噪時，其PSNR值與輪廓波變換方法的PSNR值有著明顯的差距，而PSNR值數越大則質量越好，因此輪廓波變換方法的處理效果要強。此外，我們通過對MSE數值進行分析，其數值越低則去噪的效果更加穩定，所以綜合各種數據，輪廓波變換方法的去噪效果最為穩定與有效。

表1 與經典光柵傳感信號去噪方法的性能對比

3 結束語

綜上所述，隨著科學技術的不斷發展，對于光纖光柵傳感信號的噪聲影響處理問題也在不斷的完善，通過對去除方法的不斷創新，使得光纖光柵傳感信號噪聲問題得到有效的解決，從而滿足了實際的應用要求，對于傳輸效果有了較高的提升。