[發明專利]一種基于BP神經網絡的光纖光柵傳感系統及其解調方法

在審

• 申請號: 201911137712.7
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN110887513A
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 張學智;褚悅;劉鐵根;江俊峰;劉琨;謝仁偉;徐棒田;李雨晴;樊曉軍;蔣磊
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G01D5/38;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李素蘭

1.一種基于BP神經網絡的光纖光柵傳感系統，其特征在于，該系統包括依序連接的泵浦源(1)、波分復用器(2)、摻鉺光纖(3)、第一光纖1×2耦合器(4)、光纖隔離器(6)以及可調諧F-P濾波器(5)組成的掃描光源(7)、第二光纖1×2耦合器(8)、光纖環形器(9)、光纖光柵傳感器(10)、光電探測器陣列(11)、F-P標準具(12)、數據采集卡(13)、處理單元(14)以及信號發生模塊(15)；其中，所述掃描光源(7)中的第一光纖1×2耦合器(4)與第二光纖1×2耦合器(8)連接，所述第二光纖1×2耦合器(8)的輸出端分為兩路，一路連接F-P標準具(12)；另一路連接光纖環形器(9)，所述光纖環形器9再分別連接光纖光柵傳感器(10)、光電探測器陣列(11)；

所述數據采集卡(13)用于采集來自光電探測器陣列(11)的信號探測與采集結果；所述處理單元(14)用于處理信號探測與采集結果；

所述信號發生模塊(15)用于產生方波和三角波，其中三角波用于對可調諧濾波器進行調制，方波用于采集卡的觸發信號；

所述F-P標準具(12)，用于提供等光頻間隔的梳狀波長參考；

所述數據采集卡(13)，采集由光電探測器陣列得到的電壓模擬信號；

所述處理單元(14)，采用計算機或嵌入式計算系統，用于對被測傳感光纖光柵的波長進行解調；

所述信號發生模塊(15)，用于產生方波和三角波，三角波用于對可調諧濾波器進行調制，方波用于采集卡的觸發信號。

2.一種基于BP神經網絡的光纖光柵傳感系統的解調方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一，泵浦源(1)發射出980nm波長的泵浦光，經過波分復用器(2)進入到摻鉺光纖(3)中，并對其進行抽運；摻鉺光纖(3)在泵浦光的作用下產生寬帶受激輻射光，可調諧F-P濾波器(5)受到電壓的調制對經過光纖隔離器(6)的寬帶光進行波長調諧，形成掃描光源(7)；掃描光源7輸出的光分為兩路通過光纖光柵傳感器(10)和F-P標準具(12)，通過光電探測器、LABVIEW程序和MATLAB程序將F-P標準具信號與光纖光柵傳感信號至少進行采集、濾波、尋峰，得到F-P標準具干涉峰采樣點橫坐標，光纖光柵傳感器的反射峰值采樣點橫坐標；

步驟二，建立三層BP神經網絡，分別為輸入層、隱含層和輸出層；設定BP神經網絡的各項參數包括迭代次數、誤差指標、學習率，并對BP神經網絡的全局參數、權值、閾值預先初始化；通過newff函數確定輸入輸出數據類型、輸入/輸出層的神經元數目，神經元變換函數和訓練算法函數、目標精度等數值；

步驟三，通過train函數對網絡進行訓練，即：將采集到的F-P標準具干涉峰的采樣點坐標作為樣本輸入，使用F-P標準具的干涉峰采樣點-波長參考值作為訓練樣本進行訓練，樣本輸出為F-P標準具標定文件中與樣本輸入中干涉峰對應的波長值；

步驟四，將光纖光柵傳感器的峰值采樣點作為目標輸入，解調出光纖光柵傳感器的中心波長作為目標輸出，通過目標精度可以改變FBG解調精度。