[發明專利]一種面向海洋環境監測的FBG光纖傳感解調系統

有效

• 申請號: 201811474823.2
• 申請日: 2018-12-04
• 公開（公告）號: CN109506683B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 汪洋;丁麗琴;胡子祥;劉露平;瞿儂
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產權代理有限公司 44281
• 代理人: 郭燕

1.一種面向海洋環境監測的FBG光纖傳感解調系統，其特征在于包括：

信號傳感子系統，包括信號輸入源以及信號傳感模塊，其中，信號輸入源用于產生系統所需的光源信號，光源信號經傳輸光纖進入信號傳感模塊，信號傳感模塊通過FBG傳感元件采集和獲取被監測變量影響而產生的反射光信號；

信號解調子系統，包括解調技術模塊以及信號處理模塊，其中，解調技術模塊用于接收和解調所述信號傳感模塊輸出的反射光信號，輸出解調后的透射光信號，并將所述透射光信號轉換為電信號，信號處理模塊對解調技術模塊輸出的電信號進行采集，并通過尋峰算法和自適應濾波改進算法級聯的信號處理算法，獲得解調后被監測變量的信息；

所述信號處理模塊中的自適應濾波改進算法是基于卡爾曼濾波算法的擴展，在誤差模型為零均值高斯白噪聲前提下，用最佳估計值替代測量值作為信號解調子系統的輸出，獲得解調后被監測變量的信息；

所述尋峰算法采用基于LM的峰值擬合算法，通過對解調后的電信號和透射光信號進行擬合優化，獲得第一峰值波長信號Y_k，并作為自適應濾波改進算法輸入信號中的當前測量值；所述第一峰值波長信號Y_k中包含非零均值高斯白噪聲信號，表示為

Y_k＝H_kX_k+d_k+s_k (1)

其中，對于第k次采樣的一組數據，Y_k是當前測量值，X_k是FBG光纖傳感解調系統所監測的變量，H_k代表所監測的變量與測量值之間的關系，d_k是測量噪聲信號中的直流分量值，s_k是零均值高斯白噪聲信號。

2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述解調技術模塊包括可調諧光纖FP濾波器，用于接收和過濾所述信號傳感模塊輸出的反射光信號，所述可調諧光纖FP濾波器輸出的、包含特定中心波長信息的透射光信號，再通過光電探測轉換為電信號。

3.如權利要求2所述的系統，其特征在于，所述解調技術模塊還包括驅動電路，用于產生鋸齒波電壓，周期循環調制所述可調諧光纖FP濾波器的腔距。

4.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述自適應濾波改進算法包括預處理算法，用于消除第一峰值波長信號Y_k中的直流分量d_k，具體包括：取第k次采樣前的n次采樣數據，自定義閾值，未達到閾值前，n即為過去所有的測量值，達到閾值后，n取閾值，對其做滑窗平均運算，其中窗口大小即為n；得到測量噪聲的均值估計為

其中，表示的是第i時刻FBG光纖傳感解調系統所監測的變量最佳估計值，是第i時刻信號解調子系統解調出的峰值波長信號；令Z_k作為自適應濾波改進算法的測量值，則Z_k＝H_kX_k+s_k。

5.如權利要求4所述的系統，其特征在于，所述通過尋峰算法的解調信號進行自適應濾波改進算法處理時，首先經過預處理算法，然后經過自適應濾波算法，從而獲得變量的當前最佳估計值，隨后所述當前最佳估計值再次輸入至預處理算法中，用于修正當前測量值，同時作為迭代估計的輸入進行下一輪的預測估計；通過迭代反饋和估計值修正，獲取解調輸出結果，即獲得被監測變量的信息。

6.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述被監測變量包括溫度、應變或位移。

7.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述信號解調子系統還包括存儲器和處理器，其中，存儲器，用于存儲程序；處理器，用于通過執行所述存儲器存儲的程序以實現信號處理算法。