[發(fā)明專利]一種高精度光纖光柵解調(diào)方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210190063.2
• 申請日: 2022-02-28
• 公開（公告）號: CN114544009A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫博鈺;曹晨;保宏;蔣柏峰;楊明煥;胡瑞賢;王偉;冷國俊
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00;G01D5/353
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 李紅霖

本發(fā)明公開了一種高精度光纖光柵解調(diào)方法及系統(tǒng)，包括以下步驟：利用FBG傳感器獲取若干FBG光譜的采樣點(diǎn)；對FBG光譜的采樣點(diǎn)進(jìn)行插補(bǔ)；使用插補(bǔ)后的FBG光譜的采樣點(diǎn)利用LM迭代算法進(jìn)行擬合解調(diào)，完成FBG傳感器的解調(diào)，該方法及系統(tǒng)能夠在保證精度的同時(shí)，保證解調(diào)的速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感器解調(diào)領(lǐng)域，涉及一種高精度光纖光柵解調(diào)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating)利用光纖材料的光敏性，在纖芯內(nèi)形成空間相位光柵，其實(shí)質(zhì)是在纖芯內(nèi)形成一個(gè)窄帶的反射鏡。FBG已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，基于FBG反射譜的中心波長受到外界參量(例如應(yīng)力、溫度等)的調(diào)制來獲取傳感信息。所以FBG傳感解調(diào)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是檢測其中心波長的移動，因此精確地提取FBG反射光譜的中心波長值對于提高傳感系統(tǒng)波長檢測的準(zhǔn)確度和分辨率至關(guān)重要。光譜儀采集的FBG反射譜采樣信號中含有多種噪聲源，在采樣信號中直接獲取的峰值及其對應(yīng)的中心波長誤差較大，目前常用的光譜擬合尋峰算法有直接尋峰法、多項(xiàng)式擬合法、高斯擬合法或高斯多項(xiàng)式擬合法等。

應(yīng)用最廣泛的是高斯擬合算法，高斯擬合算法綜合了各項(xiàng)指標(biāo)，保證解調(diào)的精度，但是實(shí)驗(yàn)中采樣點(diǎn)數(shù)增多會大大消減解調(diào)速度，也會增加內(nèi)存的分配，占據(jù)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分配，因此不可能每個(gè)光譜波峰都采樣超過100個(gè)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種高精度光纖光柵解調(diào)方法及系統(tǒng)，該方法及系統(tǒng)能夠在保證精度的同時(shí)，保證解調(diào)的速度。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的高精度光纖光柵解調(diào)方法包括以下步驟：

利用FBG傳感器獲取若干FBG光譜的采樣點(diǎn)；

對FBG光譜的采樣點(diǎn)進(jìn)行插補(bǔ)；

使用插補(bǔ)后的FBG光譜的采樣點(diǎn)利用LM迭代算法進(jìn)行擬合解調(diào)，完成FBG傳感器的解調(diào)。

對FBG光譜的采樣點(diǎn)進(jìn)行插補(bǔ)的具體過程為：對FBG光譜的采樣點(diǎn)通過NURBS曲線進(jìn)行插補(bǔ)。

所述使用插補(bǔ)后的FBG光譜的采樣點(diǎn)利用LM迭代算法進(jìn)行擬合解調(diào)中，LM迭代算法的迭代規(guī)則為：

X_n+1＝X_n-H_n^-1G_n (4)

H_n＝J(r(X_n))^TJ(r(X_n))+λI (5)

其中，利用式(5)計(jì)算H_n代替黑森矩陣，J(X)為雅可比矩陣，λ為變量。

所述雅可比矩陣J(X)為：

J_i,4＝1 (11)

所述使用插補(bǔ)后的FBG光譜的采樣點(diǎn)利用LM迭代算法進(jìn)行擬合解調(diào)過程為：

11)對采集到的采樣點(diǎn)進(jìn)行估計(jì)，得初始向量X；

12)設(shè)置需要的迭代次數(shù)n，Δλ＝0.001，確定目標(biāo)誤差，計(jì)算初始誤差的平方和e₀，設(shè)置當(dāng)前的誤差平方和E＝e₀；

13)當(dāng)E≤g或n≥l，則轉(zhuǎn)至步驟14)，否則，則迭代結(jié)束；