[發明專利]基于FBG傳感器的多物理量測量信號識別方法

無效

• 申請號: 201310264637.7
• 申請日: 2013-06-27
• 公開（公告）號: CN103411633A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 王曉霞;王衛林;吳春英
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

技術領域

本發明屬于FBG傳感測量領域，涉及對FBG傳感器的多信號分析識別，尤其是涉及一種基于FBG傳感器的多物理量測量信號識別方法。

背景技術

信號識別技術的本質是對傳感光柵（FBG）反射譜進行實時監測，分析出中心波長的位置。也就是需要把信號從光信號變成電信號，再從電信號轉為數字信號的過程。現有技術缺點有：一是對光信號處理，即傳感器的中心反射波長的跟蹤分析，光纖光柵傳感器中心反射波長最直接的檢測儀器是光譜儀，但光譜儀價格高、信息的輸出顯示不直觀，難以滿足實際應用的需要；二是將波長信息轉化為電信號以便處理輸出，而光電檢測器接收光信號時對波長不敏感，同時FBG反射譜近似看作為高斯型分布，反射光信號具有線寬較窄，功率低等特點，三是對多物理量同時檢測，還無法實現。總之到目前為止，還沒有一種識別技術能同時滿足高分辨率、多參數、多點復用檢測且成本不高的實用化要求。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于FBG傳感器的多物理量測量信號識別方法，能分離和識別出多參數微信號，并智能感知信息識別方法，實現同時、精確測量多參數。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

基于FBG傳感器的多物理量測量信號識別方法，包括如下步驟：

1).多參數信號分離：采用在等強度懸梁臂的上、下兩表面對稱放置兩個FBG傳感器來測量和分離出由于加速度、溫度和壓力三個參數引起的波長漂移；

2).采用基于CMOS圖像傳感器的FBG圖像采集法，利用CMOS圖像傳感器捕獲FBG光斑,將FBG傳感器的波長識別轉化為光斑圖像識別；

3).對多光斑圖像精確標識和定位：采用像素位置和時分復用來區分不同FBG傳感器產生的光斑圖像，由于光源按照脈沖方式工作，每個光脈沖都對應不同時延和不同FBG傳感器，通過接收并記錄光脈沖來確定時延值，根據時延值標定不同FBG；將前后兩幅圖光斑圖像歸屬確定好后，再比較由同一FBG不同時刻產生光斑圖像之間變化，由此確定被測物理量的變化。

所述步驟1）中等強度懸臂梁是指該懸臂梁上距固定端不同距離處的截面積不同。

所述步驟2）中FBG圖像采集法是通過識別和采集CMOS光斑圖像中光斑發生的位移偏移量,即光斑位置發生的像素偏移量，進而將位移像素偏移量值轉化為波長變化值,最后得出待測物理量變化值與光斑位移像素偏移量之間的關系。

與現有技術相比，本發明解決了FBG傳感器對溫度、壓力以及加速度變化引起的應力變化交叉感染現象；能同時分離和識別三個不同參數，通過采用CMOS結合時分復用技術來精確、標定FBG光斑圖像，實現把波長漂移變化變為檢測光斑圖像位移變化，這種方法不僅能識別多點、多參數信息，而且對推廣應用大型FBG傳感網絡有實際意義。

附圖說明

圖1為本發明傳感系統的測量系統的原理框圖結構示意圖，黑色箭頭表示入射光，虛線箭頭表示反射光。

圖2為本發明傳感單元示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明。

本發明目的是基于FBG傳感器多物理量測量傳感系統，研究出一種能分離和識別出多參數微信號，并智能感知信息識別方法，實現同時、精確測量多參數。

信號識別主要是采用CMOS結合時分復用技術來標定不同FBG產生的光斑，進而求出各物理量變化引起的波長變化。

如圖2所示，傳感系統主要包括傳感單元和測量系統。傳感單元如圖1所示，包括一端固定在固定件上的等強度懸臂梁、放置在等強度懸臂梁另一端的質量塊、設置在懸臂梁固定端且對稱位于懸臂梁上下表面的第一FBG傳感器和第二FBG傳感器、設置在固定件上且緊靠離懸臂梁固定端很近的固定件上的第三FBG傳感器，要實現多點測量，可使用多個傳感單元；測量系統包括ASE光源、1*3耦合器、1*2耦合器、準直鏡、閃耀光斑、CMOS圖像傳感器及計算機電腦。其中等強度懸臂梁為三角形懸臂梁，質量塊設置在等強度懸臂梁的兩斜邊的交匯點處，質量塊可選擇球體。

本發明信號識別主要包括以下內容：

1）多參數信號分離方法：采用在等強度懸梁臂上、下兩表面對稱放置兩個FBGs傳感器來測量和分離出由于加速度，溫度和壓力三個參數引起的波長漂移。