Mathematical Model of Illumination of CCD in the Space Scanning Optical Fiber Fabry-Pérot Sensor Demodulation System

Research on Nonlinear Distortion Effect in the Space Scanning Optical Fiber Fabry-Perot Sensor Demodulation System

“…光纤法布里-珀罗(F-P)传感器是研究最早并获得广泛应用的光纤传感器之一， 具有体积小、 重量轻、 动 态范围大和抗电磁干扰能力强等优点， 在航空航天等领域有很好的应用前景 [1][2][3][4][5][6] 。光纤 F-P 传感解调质量是 光纤 F-P 传感应用的关键环节， 研究人员提出了傅里叶变换法 [7] 、 双波长法 [8] 和低相干干涉法 [9] 等多种解调方 法 ， 其 中 低 相 干 干 涉 法 通 过 光 程 差 扫 描 匹 配 能 实 现 对 光 纤 F-P 腔 长 的 绝 对 测 量 ， 因 此 受 到 广 泛 关 注 。 基 于 低相干干涉的空间扫描型光纤 F-P 解调方法通过光楔实现光程差的空间扫描， 并采用线阵 CCD 接收相应的 低相干干涉信号， 由于没有机械运动部件， 所以具有稳定性好和可靠性高的优点， 非常适合于恶劣环境下的 现场应用。针对该类解调系统研究人员提出了多种方案， 如 Dändliker 等 [10] 利用 Wollaston 棱镜构成双折射 光楔并研究了信号处理算法， Belleville 等 [11] 利用 Fizeau 干涉仪构成光楔， Marshall 等 [12] 利用马赫-曾德尔干 涉仪构成虚拟光楔。在计算模型研究方面， 赵艳等 [13] 研究了光楔的互相关数学模型； 本课题组前期研究了双 折射光楔对光程差分布的影响 [14] ， CCD 的光照度的数学模型 [15] ， LED 光源输入光功率对信噪比(SNR)的影响 [16] 和基于 LED 调制和光纤阵列的多通道解调系统 [17] ， 并提出了恢复单色频率绝对相位算法 [18] 。但在上述研究 中 ， 对 CCD 趋 近 于 饱 和 后 的 非 线 性 失 真 现 象 以 及 信 号 失 真 对 解 调 结 果 的 影 响 研 究 甚 少 。 从 建 立 的 CCD 光 性关系， 但随着产生电荷增加， CCD 将呈现出非线性 [19][20][21][22] 。按照文献 [19] (b) experimental results of CCD at pixel number n=1000 and n=2000…”