[发明专利]利用三点寻峰算法处理FBG传感信号的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感的信号处理领域，具体涉及一种寻峰流程，提出三点寻峰算法用于处理FBG传感信号。

背景技术

波长编码的光纤光栅(Fiber Bragg grating,FBG)传感器具有体积小、灵敏度高、动态范围宽、不受电磁干扰、可靠性高和可埋入智能结构等优点，可以应用于航空航天、舰船工业、土木工程、石化工业、核工业及医学工程等各种领域。光纤光栅传感器主要是通过观测布喇格波长漂移来判断待测量的变化，而布喇格波长对应反射谱的峰值位置，因此准确寻峰，对于提高观测精度至关重要。

目前的寻峰算法主要有直接寻峰法、质心法、高斯拟合法、一般多项式法、高斯-多项式法、基于径向基函数网络算法、遗传算法以及蚁群算法。其中，直接寻峰法适合曲线光滑的情况，当光谱波动大且含有一定量的噪声时，此方法寻峰精度很低；一般多项式拟合方法简单、易于实现，但是寻峰准确度有限；高斯-多项式拟合算法是将观测得到的数据带入多项式，先计算系数，再反对数变换，介于高斯拟合算法和一般多项式算法之间，但是此方法拟合曲线过分依赖观测数据，抗噪性能差，且如果峰值不在观测点内，峰值误差较大。基于径向基函数网络算法及遗传算法等优化方法虽然可以提高寻峰准确度，但是需要较长的训练时间以确定参数中参量，不适合实时运算；蚁群算法计算开销大，求解速度慢。FBG传感器常采用高斯切趾的均匀光纤光栅，其反射谱近似为高斯型，通常采用高斯拟合算法对FBG进行峰值检测，能够得到较好的寻峰精度。文献证明，高斯拟合方法简单，抗噪性能好，且当波长分辨率、信噪比变化时，误差变化较小。

为了提高寻峰精度，有学者提出非均匀采样方法确定数据采样间隔，并结合高斯拟合对FBG寻峰，峰值误差提高，但此方法受采样点数的限制。还有文献提出求导方法确定窗口大小，然后结合高斯拟合寻峰，精度有所提高，但是这些方法处理数据多，采样间隔小，对器件的要求高。

达到一定的寻峰精度的同时，需要考虑到解调的实时性，实时性主要体现在处理数据的速度，传统方法中，解调精度越高，需要处理的数据越多，这在一定程度上影响了实时性，因此本发明从减少处理数据着手，在达到一定的精度的同时，处理速度快。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三点寻峰算法处理FBG信号的方法，克服其他方法存在的不足，提出利用稀疏光谱数据处理FBG传感信号，并提出一套光谱处理流程，以获得高寻峰精度，该方法处理数据少，精度高，可以提高FBG光谱信号的解调精度。

本发明提出的三点寻峰算法思想如下：

FBG光谱可用式(1)近似表示：

I(λ)=Aexp[-4ln2(λ-λBΔλB)2]---(1)]]>

其中，λ为FBG波长，λ_B为FBG中心波长，Δλ_B为3dB带宽，A反射谱的幅值。对式(1)两边取对数可得：