[发明专利]一种基于FBG的波长特征识别方法

说明书

本发明涉及光纤光栅解调技术领域，具体为一种基于FBG的波长特征识别方法，本方法是一种基于Hilbert变换的Gaussian曲线拟合法(HTG‑LM)，第一步首先把5个FBG温度传感器放入高低温循环箱模拟模型中的光栅传感阵列，然后ASE宽带光源经滤波、放大后，输出光通过环形器进入到FBG传感阵列，最后将FBG反射光谱信号传输至解调仪AQ6370B读取上述光谱信号的中心波长，作为理论波长值；第二步是将FBG反射光谱信号做去噪处理，然后得到基于Hilbert变换分割产生的FBG亚光谱信号近似高斯函数；第三步是用Gaussian‑LM算法对上述亚光谱信号进行寻峰，获得实际中心波长值；第四步进行误差分析。本发明针对光栅传感网多峰反射谱信号进行精确波长特征识别，能有效解决传统高斯算法的不足。

技术领域

本发明涉及光纤光栅解调技术领域，具体为一种基于FBG的波长特征识别方法。

背景技术

光纤布拉格光栅FBG(Fiber Bragg Grating)在航空航天、结构健康监测、石油化工、电力电缆温度在线监测、周界安防等领域有着广泛的应用。FBG传感器通过确定其反射光谱中心波长漂移与环境参数(如温度、应力等)的关系，间接感知外界环境的变化。而中心波长的精确程度直接决定待测参数的准确度，甚至影响整个监测系统的精度，因此研究一种精确的波长特征识别方法至关重要。

常用的比较成熟的波长特征识别算法，例如质心法、多项式拟合法、高斯拟合法等算法寻峰精度较高，解调速度较慢，而且寻峰精度受限于谱型质量，只适合对FBG传感网络信号反射谱的单峰进行检测，无法应对复杂环境及FBG多峰反射光谱的波长特征识别。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于FBG的波长特征识别方法，该方法是一种多峰检测算法，能够解决FBG波长特征识别系统中的多峰检测问题，并能提供更快的速率和较好的准确性，提高寻峰精度，解决传统高斯拟合算法的不足，可以获得具有较高精度的FBG中心波长。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于FBG的波长特征识别方法，包括如下步骤，

步骤1、首先把5个FBG温度传感器放入高低温循环箱模拟模型中的光栅传感阵列，然后ASE宽带光源经滤波、放大后，输出光通过环形器进入到FBG传感器阵列，最后将FBG反射的光谱信号传输至解调仪AQ6370B读取上述光谱信号的中心波长，作为理论波长值；

步骤2、对FBG光栅传感阵列的反射光谱信号进行去噪处理；

步骤3、基于Hilbert变换对反射光谱信号进行分割；

步骤4、将基于Hilbert变换分割产生的FBG亚光谱信号用近似高斯函数表示为：

光谱拟合误差函数为：

其中，X＝(A,λ_b,Δλ_b,B)^T和(x_i,y_i)为采样点；根据最小二乘法，

当S达到最小值时可以计算出FBG反射谱信号的中心波长λ_b；

步骤5、通过LM算法可得：

由于LM算法在每次迭代的过程中，都会用到海森矩阵G_k，但不能保证其是可逆的，因此采用Jacobian矩阵J(X)来替代；因此选择LM算法，通过迭代可以确定X＝(A，λ_b，Δλ_b，B)^T的最优解；

雅可比矩阵J(X)为：