具解调结果可信度自诊断功能的光纤光栅传感方法技术

本发明专利技术公开了一种具解调结果可信度自诊断功能的光纤光栅传感系统，该系统通过在常规的光纤光栅传感系统中嵌入一个特殊的光谱诊断软件模块，以实现对传感解调结果可信度的在线自诊断。光谱诊断软件模块包括以下内容：1.对传感系统获得的光纤传感器光谱进行预处理；2.计算光谱特征指标及其相对变化；3.根据光谱特征指标及其相对变化对光谱信号恶化造成的解调误差进行诊断分析；4.利用分析所得的解调误差对解调结果可信度进行标记并存储。利用此诊断软件模块，光纤光栅传感系统可在线自动地排除错误的解调结果，确保解调结果的可信度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光栅传感器领域，具体涉及一种具解调结果可信度自诊断功能的光纤光栅传感系统及方法。
技术介绍
光纤光栅具有抗电磁干扰、电绝缘性好、体积小、重量轻、可串联复用等特点，利用其制作的传感器在民用设施及军用设备上都有广泛的应用。光纤光栅在通过设计不同结构对其进行封装之后，可以实现温度、应力/应变、压力、湿度、折射率、流速、流量、粘度等物理量的检测。但是无论进行怎样封装，其最基本的传感原理都是利用光纤光栅光谱中心波长的偏移实现对外界物理量变化的传感。光纤光栅传感系统一般主要包含传感器网络，光谱采集子模块和光谱解调子模块。实现光谱采集功能的硬件组合形式主要有扫描激光器与光电探测器的组合，以及宽带光源与光谱仪的组合，但是无论通过什么方式对光谱进行采集，最终实现光谱信号解调的原理都是检测光纤光栅传感器光谱中心波长的偏移。而实现光纤光栅传感器光谱的偏移解调的方法有很多，例如比较传统的峰值检测法，质心法，拟合法等，以及比较新颖的相关法，相位法，补偿法等。然而，在实际应用中，尤其在进行长期的传感测量时，光纤光栅传感光谱往往会出现逐步恶化的情况。光谱的恶化既有可能含有信噪比的降低，也有可能含有光谱形状的变形。光谱的恶化非常容易造成解调精度的下降，甚至解调的错误。在目前的传感系统中，不论采用哪种解调方法，总是能够输出解调信息，但是，解调出的信息是真实反映了被测物理量的变化，还是由于光纤光栅传感器的性能退化造成的，这在实际应用中是非常难以判断的。因此，为了尽量避免实际应用中出现解调错误的情况，对解调信息的可信度进行实时在线的判断是非常必要的，然而目前的解调系统均缺少这样的判断环节。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的目的是提供一种具解调结果可信度自诊断功能的光纤光栅传感系统及方法。本专利技术的目的之一是通过以下技术方案实现的，一种具解调结果可信度自诊断功能的光纤光栅传感系统，包括光纤光栅光谱自诊断解调子系统，所述光纤光栅光谱自诊断解调子系统包括常规的光纤光栅传感解调软件模块，所述光纤光栅光谱自诊断解调子系统还包括可对传感光谱恶化造成的解调误差进行分析的光谱诊断软件模块，所述光谱诊断软件模块与常规的光纤解调软件模块相结合。本专利技术的目的之二是通过以下技术方案实现的，一种具解调结果可信度自诊断功能的方法，包括以下步骤：S1.对传感系统采集的光纤传感器光谱进行预处理；S2.计算光谱特征指标及其相对变化；S3.根据光谱特征及其相对变化分析光谱恶化造成的解调误差；S4.利用分析诊断的解调误差对解调结果可信度进行标记并存储。进一步，光谱特征指标及其相对变化包括A1、A2、A3、A4中的任意一个或几个的组合；A1＝FWHM/FWHM0，A2＝SMR，A3＝ILA/ILA0，A4＝IOA，其中，FWHM表示光谱带宽，FWHM＝ΔλL+ΔλR，其中ΔλL及ΔλR分别表示光纤光栅反射光谱的左半宽和右半宽度，FWHM0为光纤光栅初始光谱的带宽。SMR表示旁瓣主瓣比，计算公式为SMR＝Rsl/Rmax，Rmax及Rsl分别表示光纤光栅反射光谱主瓣和旁瓣的最大值。ILA表示局部非对称性指标，计算公式为ILA0表示光纤光栅初始光谱的局部非对称性指标；IOA表示整体非对称性指标，计算公式为IOA＝min[ρa(τ)]，其中非对称程度函数ρa(τ)的计算式为 ρ a ( τ ) = Σ λ = λ m i n λ m a x R ( λ ) [ R ( λ ) - R ( - λ + 2 τ ) ] 2 / Σ λ = λ m i n λ m a x R 2 ( λ ) , τ = [ λ m i n , λ m a x ] , ]]>上式中R(λ)为光纤光栅的反射光谱。进一步，所述光谱特征指标及其相对变化为A1、A2、A3、A4，步骤S3和S4中诊断分析方法为：判断光谱特征是否满足条件Case1，若满足则诊断标记为解调结果可信；若不满足，则判断光谱特征是否满足条件Case2，若满足则诊断标记为解调结果不可信；若不满足，则比较Error的值与5％的大小，若Error<5％，则诊断标记为解调结果可信，若Error≥5％，则诊断标记为解调结果不可信；Case 1:A1<1.618and A2<0.200and A3<1.618and A4<0.020；Case 2:A1>2.000and A2>0.618and A3>2.000and A4>0.060；其中w1,w2,w3,w4表示权重。进一步，w1+w2+w3+w4＝10％。由于采用了上述技术方案，本专利技术具有如下的优点：本专利技术直接利用传感器的光谱特征及其相对变化对解调结果的可信度状态进行诊断的方法非常适于现场实时在线的监测，并且此方法非常简单实用，通常只需要在现有传感系统中的解调软件上嵌入光谱诊断软件模块即可实现具有可信度标记或解调误差估计的解调结果，利用诊断信息可以及时地排除错误的解调结果，确保解调结果的可信度。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具解调结果可信度自诊断功能的光纤光栅传感系统，包括光纤光栅光谱自诊断解调子系统，所述光纤光栅光谱自诊断解调子系统包括常规的光纤光栅传感解调软件模块，其特征在于：所述光纤光栅光谱自诊断解调子系统还包括可对传感光谱恶化造成的解调误差进行分析的光谱诊断软件模块，所述光谱诊断软件模块与常规的光纤解调软件模块相结合。

【技术特征摘要】
1.一种具解调结果可信度自诊断功能的光纤光栅传感系统，包括光纤光栅光谱自诊断解调子系统，所述光纤光栅光谱自诊断解调子系统包括常规的光纤光栅传感解调软件模块，其特征在于：所述光纤光栅光谱自诊断解调子系统还包括可对传感光谱恶化造成的解调误差进行分析的光谱诊断软件模块，所述光谱诊断软件模块与常规的光纤解调软件模块相结合。2.一种具解调结果可信度自诊断功能的方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.对传感系统采集的光纤传感器光谱进行预处理；S2.计算光谱特征指标及其相对变化；S3.根据光谱特征及其相对变化分析光谱恶化造成的解调误差；S4.利用分析诊断的解调误差对解调结果可信度进行标记并存储。3.根据权利要求2所述的具解调结果可信度自诊断功能的方法，其特征在于：光谱特征指标及其相对变化包括A1、A2、A3、A4中的任意一个或几个的组合；A1＝FWHM/FWHM0，A2＝SMR，A3＝ILA/ILA0，A4＝IOA，其中，FWHM表示光谱带宽，FWHM＝ΔλL+ΔλR，其中ΔλL及ΔλR分别表示光纤光栅反射光谱的左半宽和右半宽度，FWHM0为光纤光栅初始光谱的带宽；SMR表示旁瓣主瓣比，计算公式为SMR＝Rsl/Rmax，Rmax及Rsl分别表示光纤光栅反射光谱主瓣和旁瓣的最大值；ILA表示局部非对称性指标，计算公式为ILA0表示光纤光栅初始光谱的局部非对称性指标；IOA表示整体非对称性指标，计算公式为IOA＝min[ρa(τ)]，其中非对称程度函数ρa(τ)的计算式为 ρ a ( τ ) = Σ λ = λ min λ max R ( λ ) [ R ( λ ) - R ( - λ + 2 τ ) ] 2 / Σ λ = λ min λ max R 2 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟民，张伟，雷小华，王楚红，刘显明，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50