确定光谱峰值位置的方法和装置及光纤光栅解调系统制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供一种确定光谱峰值位置的方法和装置及光纤光栅解调系统，属于光纤光栅领域。该方法包括：采集光谱数据，其中所述光谱数据包括与光谱信号对应的像元点的电压值及位置坐标；根据阈值将所述光谱数据组成的信号分割成单峰信号，其中所述阈值与所述光谱数据相关；对于每一单峰信号，提取与每一单峰信号对应的光谱数据；基于改进型高斯曲线和所提取的光谱数据确定每一单峰信号的峰值位置，其中所述改进型高斯曲线的表达式为

【技术实现步骤摘要】
确定光谱峰值位置的方法和装置及光纤光栅解调系统
本专利技术涉及光纤光栅领域，具体地涉及一种确定光谱峰值位置的方法和装置及光纤光栅解调系统。
技术介绍
随着计算机技术发展，在大型工程结构如桥梁大坝和隧道等的结构健康监测中，光纤光栅传感器的解调技术有了很大的进步。实际工程对光纤光栅的解调精度及解调速度要求也越来越高。然而由于各种光噪声的影响，目前用于光纤光栅波长检测的各种方法的波长探测精度受到限制。因此，优化峰值提取算法并应用在合适的实现平台是高速高精度测量的重要研究方向。近年来，国内很多学者都在提高光纤光栅解调速度和精度上进行了相关研究，很多学者在光纤光栅寻峰算法中引入了遗传算法和蚁群算法，通过建立相应的目标函数，根据实验结果选择合适的参数组合，提高了寻峰算法的寻优精度。但是遗传算法和蚁群算法需要迭代求解，计算开销相对较大。在基于反射式衍射光栅原理的波长解调过程中，在峰值波形较差的情况下，尤其是像元数较低时，存在采样时可能会遗漏光谱峰值的位置使得采集的光谱信号不能真实反映光谱峰值位置的不足。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种确定光谱峰值位置的方法和装置及光纤光栅解调系统，其可克服或者可至少部分克服上述缺陷。为了实现上述目的，本专利技术的一个方面提供一种用于确定光谱峰值位置的方法，该方法包括：采集光谱数据，其中所述光谱数据包括与光谱信号对应的像元点的电压值及位置坐标；根据阈值将所述光谱数据组成的信号分割成单峰信号，其中所述阈值与所述光谱数据相关；对于每一单峰信号，提取与每一单峰信号对应的光谱数据；基于改进型高斯曲线和所提取的光谱数据确定每一单峰信号的峰值位置，其中所述改进型高斯曲线的表达式为其中y表示电压值，x表示位置坐标，ymax表示所述单峰信号的峰值，x0表示所述峰值的位置，S表示所述单峰信号的半宽度，α为调节因子。可选地，基于改进型高斯曲线和所提取的光谱数据确定每一单峰信号的峰值位置包括根据公式(1)至公式(4)确定所述峰值位置：M(i)＝p4i4+p3i3+p2i2+p1i+p0(1)N(i)＝q4i4+q3i3+q2i2+q1i+q0(2)其中，公式(1)为五点拟合的峰值位置误差与峰值电压函数形式，公式(2)为九点拟合的峰值位置误差与峰值电压函数形式，i表示峰值电压，M(i)、N(i)表示峰值位置误差，p4、p3、p2、p1、p0、q4、q3、q2、q1、q0为系数，b2、b1为将表达式转为的二次多项式z＝b2x2+b1x+b0的系数。相应地，本专利技术的另一方面提供一种用于确定光谱峰值位置的装置，该装置包括：采集模块，用于采集光谱数据，其中所述光谱数据包括与光谱信号对应的像元点的电压值及位置坐标；以及处理模块，用于：根据阈值将所述光谱数据组成的信号分割成单峰信号，其中所述阈值与所述光谱数据相关；对于每一单峰信号，提取与每一单峰信号对应的光谱数据；以及基于改进型高斯曲线和所提取的光谱数据确定每一单峰信号的峰值位置，其中所述改进型高斯曲线的表达式为其中y表示电压值，x表示位置坐标，ymax表示所述单峰信号的峰值，x0表示所述峰值的位置，S表示所述单峰信号的半宽度，α为调节因子。可选地，所述处理模块基于改进型高斯曲线和所提取的光谱数据确定每一单峰信号的峰值位置包括根据公式(1)至公式(4)确定所述峰值位置：M(i)＝p4i4+p3i3+p2i2+p1i+p0(1)N(i)＝q4i4+q3i3+q2i2+q1i+q0(2)其中，公式(1)为五点拟合的峰值位置误差与峰值电压函数形式，公式(2)为九点拟合的峰值位置误差与峰值电压函数形式，i表示峰值电压，M(i)、N(i)表示峰值位置误差，p4、p3、p2、p1、p0、q4、q3、q2、q1、q0为系数，b2、b1为将表达式转为的二次多项式z＝b2x2+b1x+b0的系数。此外，本专利技术的另一方面还提供一种光纤光栅解调系统，该系统包括上述的装置。另外，本专利技术的另一方面还提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述的方法。通过上述技术方案，在高斯函数中引入调节因子，对高斯曲线拟合误差进行补偿，提高拟合稳定性，采用改进型高斯曲线拟合光谱，使得对光谱的拟合更加贴切，提高了波长检测精度，克服了采集光谱信号时可能会遗漏光谱峰值位置及采集的信号不能真实反映光谱峰值位置的不足，降低了测量结果的不确定性，使得确定出的光谱峰值位置更加准确，如此，基于改进型高斯曲线确定光谱的峰值位置实现了提高确定光谱的峰值位置的准确率。此外，在高速函数中引入调节因子，不需要迭代求解，有效的降低了运算的数据量，降低了计算成本。本专利技术实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术实施例，但并不构成对本专利技术实施例的限制。在附图中：图1是本专利技术一实施例提供的用于确定光谱峰值位置的方法的流程图；图2是本专利技术另一实施例提供的用于确定光谱峰值位置的装置的结构框图；图3是本专利技术另一实施例提供的光纤光栅解调系统的组成示意图；图4是本专利技术另一实施例提供的SOPC系统的组成示意图；以及图5是本专利技术另一实施例提供的确定光谱峰值位置的解调算法的逻辑流程图。附图标记说明1采集模块2处理模块具体实施方式以下结合附图对本专利技术实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术实施例，并不用于限制本专利技术实施例。本专利技术实施例的一个方面提供一种用于确定光谱峰值位置的方法。图1是本专利技术一实施例提供的用于确定光谱峰值位置的方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤。在步骤S10中，采集光谱数据，其中光谱数据包括与光谱信号对应的像元点的电压值及位置坐标。在步骤S11中，根据阈值将光谱数据组成的信号分割成单峰信号，其中阈值与光谱数据相关。例如，可以通过以下内容确定出单峰信号：在所采集的光谱数据中，通过比较确定出最高的电压值，根据该最高的电压值设定阈值，例如，设定该最高的电压值的10％或者5％或者20％为阈值；根据设定的阈值，在光谱数据组成的信号中，截取电压值大于或等于设定的阈值的部分，如此，将光谱数据组成的多峰信号分割成多个单峰信号。在步骤S12中，针对每一单峰信号，提取与每一单峰信号对应的光谱数据。例如，针对每一单峰信号，提取靠近波峰附近的光谱数据，比如根据截取得到的单峰信号，提取靠近波峰附近的五个光谱数据或者七个光谱数据或者九个光谱数据，根据情况而定。在步骤S13中，基于改进型高斯曲线和所提取的光谱数据确定每一单峰信号的峰值位置，其中改进型高斯曲线的表达式为其中y表示电压值，x表示位置坐标，ymax表示所述单峰信号的峰值，x0表示所述峰值的位置，S表示所述单峰信号的半宽度，α为调节因子。在高斯函数中引入调节因子，对高斯曲线拟合误差进行补偿，提高拟合稳定性，采用改进型高斯曲线拟合光谱，使得对光谱的拟合更加贴切，提高了波长检测精度，克服了采集光谱信号时可能会遗漏光谱峰值位置及采集的信号不能真实反映光谱峰值位置的不足，降低了测量结果的不确定性，使得确定出的光谱峰值位置更加准确，如此，基于改进型高斯曲线确定光谱的峰值位置实现了提高确本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定光谱峰值位置的方法，其特征在于，该方法包括：采集光谱数据，其中所述光谱数据包括与光谱信号对应的像元点的电压值及位置坐标；根据阈值将所述光谱数据组成的信号分割成单峰信号，其中所述阈值与所述光谱数据相关；对于每一单峰信号，提取与每一单峰信号对应的光谱数据；基于改进型高斯曲线和所提取的光谱数据确定每一单峰信号的峰值位置，其中所述改进型高斯曲线的表达式为

【技术特征摘要】
1.一种用于确定光谱峰值位置的方法，其特征在于，该方法包括：采集光谱数据，其中所述光谱数据包括与光谱信号对应的像元点的电压值及位置坐标；根据阈值将所述光谱数据组成的信号分割成单峰信号，其中所述阈值与所述光谱数据相关；对于每一单峰信号，提取与每一单峰信号对应的光谱数据；基于改进型高斯曲线和所提取的光谱数据确定每一单峰信号的峰值位置，其中所述改进型高斯曲线的表达式为其中y表示电压值，x表示位置坐标，ymax表示所述单峰信号的峰值，x0表示所述峰值的位置，S表示所述单峰信号的半宽度，α为调节因子。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于改进型高斯曲线和所提取的光谱数据确定每一单峰信号的峰值位置包括根据公式(1)至公式(4)确定所述峰值位置：M(i)＝p4i4+p3i3+p2i2+p1i+p0(1)N(i)＝q4i4+q3i3+q2i2+q1i+q0(2)其中，公式(1)为五点拟合的峰值位置误差与峰值电压函数形式，公式(2)为九点拟合的峰值位置误差与峰值电压函数形式，i表示峰值电压，M(i)、N(i)表示峰值位置误差，p4、p3、p2、p1、p0、q4、q3、q2、q1、q0为系数，b2、b1为将表达式转为的二次多项式z＝b2x2+b1x+b0的系数。3.一种用于确定光谱峰值位置的装置，其特征在于，该装置包括：采集模块，用于采集光谱数据，其中所述光谱数据包括与光谱...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建磊，孟宪洪，闫斌，唐永康，王新让，王敬，
申请(专利权)人：中国神华能源股份有限公司，朔黄铁路发展有限责任公司，中国铁道科学研究院，中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11