基于线阵InGaAs扫描FBG反射谱的传感解调方法技术

本发明专利技术提供了一种基于线阵InGaAs扫描FBG反射谱的传感解调方法，该方法包括以下步骤：a)宽谱光源发出的光信号经光纤耦合器传输至FBG；b)所述光信号经FBG反射后将带有解调信息的反射谱光信号传输至线阵InGaAs光电探测器；c)反射谱光信号经过线阵InGaAs光电探测器处理后得到与线阵InGaAs光电探测器中像素点位置一一对应的反射谱光强信息；d)通过设置反射谱的光强阀值将反射谱光信号分成多段；e)对每段反射谱对应的像素点位置与光强数据进行高斯函数拟合分析，并通过最小二乘法判定最佳拟合参数，获取光强峰值对应的像素点位置；f)将光强峰值对应的像素点位置带入至像素点位置与波长的对应关系式中并得出该段反射谱的中心波长值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种FBG反射谱的传感解调方法，特别涉及一种基于线阵InGaAs扫描FBG反射谱的传感解调方法。
技术介绍
光纤布拉格光栅(FiberBraggGrating，FBG)传感器是以光为载体、光纤为媒质来感知和传输外界信号的新型传感技术。与传统的电阻应变计等电类传感器相比，FBG传感器具有灵敏度高、抗电磁干扰能力强、防爆性能好、耐腐蚀能力强、体积小等诸多优点，已在土木工程、石油化工、航空航天等领域得到广泛应用。在光纤光栅传感系统中，反射光谱的解调技术一直是研究难点，影响着整个测试过程的精度和解调速度。针对光纤光栅传感系统，人们研究并提出了许多解调方法：匹配光栅法测量范围窄，光谱匹配性制作要求高；CCD解调法由于分辨率低且在400～1100nm光谱敏感，不适合FBG的传感解调；可调谐激光器解调系统受限于光源的稳定性和调谐范围；目前最常用的是可调谐F-P滤波解调系统虽然精度高，但解调速度慢。无论是哪种解调方法，对于FBG的中心波长的定位离不开寻峰算法的处理。尹成群等人对多种常用寻峰算法的比较结果显示，遗传算法或神经网络算法等虽然检测精度较高，但不适合实时运算，高斯曲线拟合可兼顾实时性与高精度的双重要求。基于线阵探测器扫描FBG的解调系统中无机械移动部件，稳定性好，但由于线阵光电探测器的尺寸限制，光谱数据点数少，对寻峰定位算法要求较高。因此，需要一种能有效地实现系统简单、解调速度快、稳定性高的FBG反射谱传感解调的方法。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于线阵InGaAs扫描FBG反射谱的传感解调方法，该方法包括以下步骤：a)宽谱光源发出的光信号经光纤耦合器传输至FBG；b)所述光信号经FBG反射后将带有解调信息的反射谱光信号传输至线阵InGaAs光电探测器；c)所述反射谱光信号经过线阵InGaAs光电探测器处理后得到与线阵InGaAs光电探测器中像素点位置一一对应的反射谱光强信息；d)通过设置反射谱的光强阀值将反射谱光信号分成多段；e)对每段反射谱对应的像素点位置与光强数据进行高斯函数拟合分析，并通过最小二乘法判定最佳拟合参数，进一步获取光强峰值对应的像素点位置；f)将所述光强峰值对应的像素点位置带入至像素点位置与波长的对应关系式中并得出该段反射谱的中心波长值，从而实现对反射光谱的解调处理。专利技术提供的基于线阵InGaAs扫描FBG反射谱的传感解调方法具有良好的应用前景，特别是针对高速解调领域，具有单通道并行处理功能、响应速度快、稳定性高等优点，且实现该方法的系统还具有结构简单、无机械调节部件等优点。应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本专利技术所要求保护内容的限制。附图说明参考随附的附图，本专利技术更多的目的、功能和优点将通过本专利技术实施方式的如下描述得以阐明，其中：图1示意性示出本专利技术所述的传感解调方法的实现系统；图2示意性示出通过设置阀值将反射谱分段的示意图；图3示意性示出利用高斯函数对分段反射谱拟合寻峰示意图；图4示意性示出本专利技术所述的传感解调方法的实现步骤图。具体实施方式通过参考示范性实施例，本专利技术的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本专利技术并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本专利技术的具体细节。在下文中，将参考附图描述本专利技术的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。本专利技术提供一种基于线阵InGaAs扫描FBG反射谱的传感解调方法，本文提出了基于线阵InGaAs扫描数据的基础上采用高斯拟合寻峰算法，对FBG反射谱中心波长进行定位，实现FBG反射谱的并行快速响应。FBG传感原理FBG是一种刻写在光纤纤芯中的布拉格光栅，它能够把前向传输的纤芯模式能量耦合给后向传输的纤芯模式，形成在谐振波长附近一定带宽的能量反射。光纤布拉格波长lB可由式(1)表示：lB＝2neffΛ(1)式中，Λ为光栅周期；neff为光纤的有效折射率；lB为反射的中心波长。光纤光栅的中心波长与温度和应变的关系为：DlBlB=(af+x)ΔT+(1+Pe)Δe---(2)]]>式中，lc为反射谱中心波长；ΔT为温度变化；Δe为应力变化、af＝dΛ/(ΛdT)为光纤的热膨胀系数；ξ＝dneff/(neffdT)为光纤材料的热光系数；Pe＝-dneff/(neffdε)为光纤材料的弹光系数。光纤光栅反射光中心波长的变化反映了外界信号的变化，因此针对FBG中心波长的分析处理是FBG传感系统的关键。解调系统图1示出了基于线阵InGaAs光电阵列扫描的FBG解调系统100。所述解调系统包括宽谱光源101、光纤耦合器102、光纤布拉格光栅(FBG)103以及线阵InGaAs光电探测器104。具体的工作过程如下：首先，由宽谱光源101发出的光经过光纤耦合器102入射到光纤布拉格光栅(FBG)103中，再经过光纤布拉格光栅103反射后，将带有解调信息的反射谱光信号经光纤耦合器102传至线阵InGaAs光电探测器104。其中宽谱光源101的波长范围优选为1525nm至1570nm或1510nm至1595nm；光纤耦合器为3dB光纤耦合器，且其分光比50：50；光纤布拉格光栅(FBG)103只要保证解调系统能分辨出FBG中心波长漂移的情况下，FBG布拉格波长可以是解调波段内的任意波长。该线阵InGaAs光电探测器104主要包括光学预处理部分和线阵光电探测成像部分。光学部分通过色散原理把光信号投射到线阵光电探测器上，每个光敏元由InGaAs光电二极管组成，可以探测红外波长的光学信号，探测范围为900～1700nm，由于色散的影响，不同光敏元对应不同的光谱谱线。此外所述解调系统100还包括用于寻峰算法的计算装置105。FBG中心波长寻峰为了实现FBG传感的实时采集，采用高斯拟合寻峰算法，即将采集获得到的光纤光栅反射谱数据，通过高斯函数进行拟合处理。反射光谱经过线阵InGaAs光电探测器104处理后得到FBG反射谱的光强信息，并且与线阵探测器的像素点一一对应。通过设置阈值，将FBG传感链上的光谱分段，再分别对每一段FBG反射谱离散数据进行拟合，如图2所示。具体地，在所述光强阀值设置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于线阵InGaAs扫描FBG反射谱的传感解调方法，该方法包括以下步骤：a)宽谱光源发出的光信号经光纤耦合器传输至FBG；b)所述光信号经FBG反射后将带有解调信息的反射谱光信号传输至线阵InGaAs光电探测器；c)所述反射谱光信号经过线阵InGaAs光电探测器处理后得到与线阵InGaAs光电探测器中像素点位置一一对应的反射谱光强信息；d)通过设置反射谱的光强阀值将反射谱光信号分成多段；e)对每段反射谱对应的像素点位置与光强数据进行高斯函数拟合分析，并通过最小二乘法判定最佳拟合参数，进一步获取光强峰值对应的像素点位置；f)将所述光强峰值对应的像素点位置带入至像素点位置与波长的对应关系式中并得出该段反射谱的中心波长值，实现对反射光谱的解调处理。

【技术特征摘要】
2015.10.12 CN 20151065946141.一种基于线阵InGaAs扫描FBG反射谱的传感解调方法，该方法
包括以下步骤：
a)宽谱光源发出的光信号经光纤耦合器传输至FBG；
b)所述光信号经FBG反射后将带有解调信息的反射谱光信号传输
至线阵InGaAs光电探测器；
c)所述反射谱光信号经过线阵InGaAs光电探测器处理后得到与线
阵InGaAs光电探测器中像素点位置一一对应的反射谱光强信息；
d)通过设置反射谱的光强阀值将反射谱光信号分成多段；
e)对每段反射谱对应的像素点位置与光强数据进行高斯函数拟合分
析，并通过最小二乘法判定最佳拟合参数，进一步获取光强峰值对应的
像素点位置；
f)将所述光强峰值对应的像素点位置带入至像素点位置与波长的对
应关系式中并得出该段反射谱的中心波长值，实现对反射光谱的解调处
理。
2.根据权利要求1所述的传感解调方法，其特征在于：所述线阵
InGaAs光电探测器为256像元。
3.根据权利要求1或2所述的传感解调方法，其特征在于：所述传
感解调方法用于并行解调多个FBG反射谱光信号。
4.根据权利要求1所述的传感解调方法，其特征在于：所述线阵
InG...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝连庆，李红，刘锋，董明利，骆飞，娄小平，何巍，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11