相位型表面等离子共振传感系统中的干涉光信号处理方法

摘要

本发明提供了一种相位型表面等离子共振传感系统中的干涉光信号处理方法，属于光信号处理技术领域。搭建基于马赫—泽德干涉仪结构的光路，He-Ne激光器发出的激光经过表面等离子共振传感层后，激光携带着传感信号。在光路的输出端采用光电探测器将光信号接收，然后通过数据采集板将信号输入电脑。结合数学理论和信号处理知识，自主设计并编写算法将得到的信号精确地处理，进而解调出了高精度、高稳定性的相位信息。本发明的效果和益处是发明了一种新的检测和处理相位型表面等离子共振传感信号的方法，并实现了传感器的高精度测量，使得信号采集和信号处理实时进行，抑制了相位的漂移，提高了采集系统的角度分辨率。

主权项

一种相位型表面等离子共振传感系统中的干涉光信号处理方法，其特征在于，步骤如下：(1)提取信号信号发生器中产生的三角波作为激励信号，将其采入系统，选取的原则：若第一个三角波波谷在波峰前面，直接选取第一个波谷三角波到第一个三角波波峰之间对应的正弦波形；若第一个三角波波峰在第一个波谷三角波前面，选取第一个三角波波谷和第二个三角波波峰之间对应的正弦波形，并选取三角波，采入系统中的第一个三角波完整上升沿所对应的正弦波形即干涉信号作为步骤(2)处理的信号；循环采入三角波，得到一系列干涉信号；(2)信号锁定确定步骤(1)中所选取的一列正弦波，并确定该列正弦波中接近中间位置的一个波峰；第一次循环结束后，记录上述波峰对应的初相值，每次循环均以第一次循环时记录的初相值为基准调整开始循环的位置，保证每次循环的初始相位在较小的区间内变动，得到多个正弦周期；(3)信号预处理记录步骤(2)得到的各正弦周期的波峰值和波谷值，对正弦周期进行采样和插值，得到信号波形的上下包络面，上包络面对应波峰，下包络面对应波谷值，再根据上下包络面的值将波形归一化为标准正弦波形；(4)精确处理信号以及对相位的提取将归一化后的标准正弦波形逐点进行反正弦运算，并将运算的结果存入数组中，将数组中的数据持续同时进行以下运算：1)将两路标准正弦波形进行反正弦运算，并逐点做差并求绝对值，其中一路标准正弦波形反正弦运算后用arcsin p表示，另一路标准正弦波形反正弦运算后用arcsin s表示，表示计算的到的相位差值；当arcsin p和arcsin s处于相同的单调变化趋势时2)将两路标准正弦波形进行反正弦运算，并逐点求和，再用π减去和值，当arcsin p和arcsin s处于不同的单调变化趋势时3)将步骤1)和步骤2)求得的图像合并，并得到合并图像后的水平线；4)将步骤3)水平线上的点求平均值作为最后的相位值，对于arcsin p和arcsin s处于相同的单调变化趋势的曲线，选取水平部分的方法：先将整个波形中的峰值选出，再找到峰值中的最小值，将大于最小值的波形中的点组成水平部分；对于arcsin p和arcsin s处于不同的单调变化趋势曲线，选取水平部分的方法：先将波形中的谷值选出，再找到谷值中的最大值，将小于最大值的波形中的点组成水平部分，最后将两路的水平部分合在一起处理。