[发明专利]一种基于改进模拟退火法的FBG传感网光谱解调方法

说明书

本发明涉及一种基于改进模拟退火法的FBG传感网光谱解调方法，包括以下步骤：S1，根据FBG传感网的数学特性，和测得的反射光谱，表示出整个FBG传感网的反射光谱的数学表达式，并重构反射光谱的数学表达式，将入射光谱与反射光谱数学表达式的方差作为目标函数；S2，采用粒子群算法对目标函数的解进行搜寻，得到最优解之前，每次粒子位置更新以后均采用改进模拟退火算法进行退火操作，避免求出的解陷入局部最优解；S3，将得出的最优解作为FBG传感网中各FBG的反射光谱中心波长值。与现有技术相比，本发明提高对FBG光谱复用的解调效率，增加了光栅光谱重叠解调数量，克服不同光栅的波长范围不能重叠的限制。

技术领域

本发明涉及一种FBG传感网光谱解调方法，尤其是涉及一种基于改进模拟退火法的FBG传感网光谱解调方法。

背景技术

光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating,FBG)传感器为一种光纤无源器件，具有体积小、质量轻、抗电磁干扰、耐腐蚀、耐高温、灵敏度高、易于实现分布式网络复用等优点，广泛应用于光学通信和光学传感等领域。光纤光栅传感器利用其反射光谱波峰的中心波长偏移量与被检物理量之间的对应关系，实现对传感参量(例如温度、湿度、应变等)的检测。在对多个变量进行同步检测时，需要将FBG传感器组建成多路复用的网络结构。然而当光源的带宽有限时，随着光栅的复用数量增加，会出现FBG光谱重叠的问题，影响到传感系统的解调效果。因此，区分出FBG传感网络中重叠的光谱对提高传感系统的复用能力至关重要。

目前在解决FBG传感网络中光谱重叠的问题中，常使用的方法有：遗传算法、差分进化算法、模拟退火算法等。遗传算法应用于FBG传感网中，能够精准检测传感系统中重叠光谱的布拉格光栅波长，但是遗传算法没有及时利用网络的反馈信息，导致算法的搜索速度比较缓慢，在求得精确的解时需要大量的计算时间，并且在求解问题时需要编码，求出最优解后需要进行解码，加大计算复杂性，不适合实际工程环境下的波长识别；差分进化算法对寻找FBG的波长精度有所提高，但是随着进化迭代步数增加，使得个体间的差异性降低，容易导致算法出现早熟收敛现象；模拟退火算法其运行时间短，在区别传感系统中光谱重叠时，能够实时反馈计算结果，但是其全局搜索性差，并且算法的初始值选取会影响其计算精度和计算耗时。

上述的算法在处理FBG传感网络的光谱重叠问题时，均能够识别出系统各个FBG传感器的中心波长，提高对FBG光谱复用的解调效率。但是上述的算法只是实现两个光栅的光谱重叠情况下的复用解调，没有考虑多个光栅光谱重叠的情况，并且都有相应的算法缺陷。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于改进模拟退火法的FBG传感网光谱解调方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于改进模拟退火法的FBG传感网光谱解调方法，包括以下步骤：

S1，根据FBG传感网的光栅光谱形状不变性原理，测量未受到应力时的反射光谱，表示出整个FBG传感网的反射光谱的数学表达式，并重构反射光谱的数学表达式，将入射光谱与反射光谱数学表达式的方差作为目标函数；

S2，采用粒子群算法对目标函数的解进行搜寻，得到最优解之前，每次粒子位置更新以后均采用改进模拟退火算法进行退火操作，避免求出的解陷入局部最优解；

S3，将得出的最优解作为FBG传感网中各FBG的反射光谱中心波长值。

所述的步骤S1包括以下步骤：

S11，依据每个FBG反射的独立光谱的数学表达式，表示出整个FBG传感网的反射光谱的数学表达式如下：