基于智能算法的光纤光栅传感器解调系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了基于智能算法的光纤光栅传感器解调系统及方法，其中系统包括自发辐射光源、光环形器、光纤光栅传感器、2*2耦合器、光谱分析仪、阵列波导光栅、驱动电路、光开关模组、光功率计、数据处理模块，通过自发辐射光源输出宽谱激光，通过光环形器将宽谱激光输入至光纤光栅传感器并形成反射光，通过2*2耦合器将反射光分为两束，通过光谱分析仪进行检测和分析，获取中心波长参考值；通过数据处理模块调解，输出光纤光栅传感器的中心波长。本发明专利技术降低了系统复杂程度，提高了系统的稳定性；可实现同时对多个光纤光栅传感器解调，在无光谱分析仪的情况下完成光纤光栅传感器中心波长的解调，缩短了数据处理时间，节约成本。节约成本。节约成本。

【技术实现步骤摘要】
基于智能算法的光纤光栅传感器解调系统及方法


[0001]本专利技术属于光纤传感器解调
，特别是涉及一种基于智能算法的光纤光栅传感器解调系统及方法。

技术介绍

[0002]光纤光栅传感器由于其耐腐蚀、寿命长、结构小、质量轻等优点，被广泛应用于物理、化学、生物医学和电气参数的测量，还可以应用于航空航天、能源和海洋等特殊领域，尤其在桥梁、大坝、建筑等结构健康监测方面发挥着重要的作用。
[0003]外界物理量(应力、压力和温度等)的变化会导致光纤光栅传感器的中心波长发生偏移，精确监测光纤光栅传感器的中心波长偏移对于解算相关物理特性是至关重要的。一般，要完成精确的波长解调需要依赖于光谱分析仪，然而，光谱分析仪体积大、价格昂贵，不适用于实际测量情景。相关解调算法如边缘滤波法、强度解调法和干涉解调法等则依赖于配套的解调算法，适用性稍弱。因此，如何提供一种成本低、精度高、量程大的光纤光栅传感器解调系统及方法成为本领域待解决的关键技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于智能算法的光纤光栅传感器解调系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于智能算法的光纤光栅传感器解调系统及方法，包括自发辐射光源、光环形器、光纤光栅传感器、2*2耦合器、光谱分析仪、阵列波导光栅、驱动电路、光开关模组、光功率计、数据处理模块；
[0006]所述自发辐射光源的输出端与所述光环形器的输入端连接，所述自发辐射光源用于输出宽谱激光；/>[0007]所述光环形器的输入输出端与光纤光栅传感器连接，所述环形器的输出端与2*2耦合器的输入端连接，所述光环形器用于将所述自发辐射光源输出的宽谱激光输入至所述光纤光栅传感器并形成反射光输出至所述2*2耦合器中；
[0008]所述光纤光栅传感器用于产生传感器反射光谱；
[0009]所述2*2耦合器的第一输出端与所述阵列波导光栅的输入端连接，所述2*2耦合器的第二输出端与所述光谱分析仪连接，所述2*2耦合器用于将所述光纤光栅传感器的反射光分为两束；
[0010]所述光谱分析仪用于对所述光纤光栅传感器的反射光谱进行检测和分析，获取所述光纤光栅传感器的中心波长参考值；
[0011]所述阵列波导光栅的输出端与所述光开关模组的输入端以及所述光功率计的输入端连接，所述阵列波导光栅用于将所述光纤光栅传感器的中心波长变化转换为光透射强度变化；
[0012]所述驱动电路的输出端分别和所述光开关模组以及所述数据处理模块连接，所述
驱动电路用于提供电源；
[0013]所述光开关模组的输出端与所述光功率计的输入端连接，所述光开关模组用于切换所述阵列波导光栅中的光通行情况；
[0014]所述光功率计用于检测所述光纤光栅传感器在所述阵列波导光栅下的透射光强；
[0015]所述光功率计的输出端和所述数据处理模块的输入端连接，所述数据处理模块用于接收所述光功率计的输出并采用反向传播神经网络模型进行调解，输出所述光纤光栅传感器的中心波长。
[0016]可选地，所述自发辐射光源输出的所述宽谱激光覆盖所述传感器反射光谱的范围。
[0017]可选地，所述2*2耦合器分解后的反射光中，其中一束作为参考输出到所述光谱分析仪，另一束输出到所述阵列波导光栅。
[0018]可选地，所述2*2耦合器的分光比为50：50，50％的激光输出到所述光谱分析仪，50％的激光输出到所述阵列波导光栅。
[0019]可选地，所述阵列波导光栅包括至少4个输出通道。
[0020]可选地，所述反向传播神经网络模型在无光谱分析仪的情况下完成对所述光纤光栅传感器中心波长的解调。
[0021]可选地，所述反向传播神经网络模型包括一个输入层、若干个隐藏层和一个输出层；所述反向传播神经网络模型采用反向传播神经网络算法对中心波长和光透射强度的非线性关系进行建模获取所述光纤光栅传感器的中心波长。
[0022]可选地，所述驱动电路由现场可编程逻辑门阵列、驱动电路阵列组成，所述现场可编程逻辑门阵列、所述驱动电路阵列分别用于控制所述光开关模组和所述数据处理模块。
[0023]可选地，所述光开关模组为8通道的光电开关。
[0024]另一方面为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于智能算法的光纤光栅传感器解调方法，包括以下步骤：
[0025]基于自发辐射光源向光环形器输出覆盖光纤光栅传感器反射光谱范围的宽谱激光；
[0026]基于光环形器将所述宽谱激光输入到光纤光栅传感器；
[0027]所述光纤光栅传感器的反射光由光环形器输入到2*2耦合器；
[0028]基于所述2*2耦合器将光纤光栅传感器的反射光分成两束，其中一束作为参考输出至光谱分析仪，另一束输出至阵列波导光栅中以将光纤光栅传感器的中心波长变化转换为光透射强度变化；
[0029]数据处理模块基于反向传播神经网络模型对光纤光栅传感器的中心波长进行解调；
[0030]基于驱动电路向所述光开关模组和所述数据处理模块供电并进行控制。
[0031]本专利技术的技术效果为：
[0032]本专利技术采用光开关模组，将拥有N个独立通道(N≥4)的阵列波导光栅与光开关模组连接，用光开关模组切换阵列波导光栅各个通道的光通行情况，降低了系统的复杂程度，缩小了系统的尺寸，提高了系统的稳定性；另外在实现大量程的光纤光栅传感器的解调基础上可实现同时对多个光纤光栅传感器解调，数据处理模块上部署了反向传播神经网络模
型，可以在无光谱分析仪的情况下完成对光纤光栅传感器中心波长的解调，缩短了数据处理的时间，节约成本；实现大量程、低成本光纤光栅传感器解调的同时，所提出的系统还能提供较高的光纤光栅传感器中心波长解调精确度，适用于桥梁、大坝等结构健康监测系统。
附图说明
[0033]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0034]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0035]图1为本专利技术实施例中的基于智能算法的光纤光栅传感器解调系统结构示意图；
[0036]图2为本专利技术提供的反向传播神经网络模型的结构示意图；
[0037]图3为本专利技术基于智能算法的光纤光栅传感器解调系统，在26℃下持续施加分辨率为5微米应力期间的光纤光栅传感器实际反射光谱示意图。
[0038]图4为本专利技术基于智能算法的光纤光栅传感器解调系统在持续25次应力下光纤光栅传感器中心波长的变化示意图，其中每次应力的周期为5微米。
[0039]图5为本专利技术基于智能算法的光纤光栅传感器解调系统输出的光纤光栅传感器在持续应力过程中实际中心波长和本专利技术输出中心波长的均方误差示意图。
[0040]图6本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于智能算法的光纤光栅传感器解调系统，其特征在于，包括自发辐射光源、光环形器、光纤光栅传感器、2*2耦合器、光谱分析仪、阵列波导光栅、驱动电路、光开关模组、光功率计、数据处理模块；所述自发辐射光源的输出端与所述光环形器的输入端连接，所述自发辐射光源用于输出宽谱激光；所述光环形器的输入输出端与光纤光栅传感器连接，所述环形器的输出端与2*2耦合器的输入端连接，所述光环形器用于将所述自发辐射光源输出的宽谱激光输入至所述光纤光栅传感器并形成反射光输出至所述2*2耦合器中；所述光纤光栅传感器用于产生传感器反射光谱；所述2*2耦合器的第一输出端与所述阵列波导光栅的输入端连接，所述2*2耦合器的第二输出端与所述光谱分析仪连接，所述2*2耦合器用于将所述光纤光栅传感器的反射光分为两束；所述光谱分析仪用于对所述光纤光栅传感器的反射光谱进行检测和分析，获取所述光纤光栅传感器的中心波长参考值；所述阵列波导光栅的输出端与所述光开关模组的输入端以及所述光功率计的输入端连接，所述阵列波导光栅用于将所述光纤光栅传感器的中心波长变化转换为光透射强度变化；所述驱动电路的输出端分别和所述光开关模组以及所述数据处理模块连接，所述驱动电路用于提供电源；所述光开关模组的输出端与所述光功率计的输入端连接，所述光开关模组用于切换所述阵列波导光栅中的光通行情况；所述光功率计用于检测所述光纤光栅传感器在所述阵列波导光栅下的透射光强；所述光功率计的输出端和所述数据处理模块的输入端连接，所述数据处理模块用于接收所述光功率计的输出并采用反向传播神经网络模型进行调解，输出所述光纤光栅传感器的中心波长。2.根据权利要求1所述的基于智能算法的光纤光栅传感器解调系统，其特征在于，所述自发辐射光源输出的所述宽谱激光覆盖所述传感器反射光谱的范围。3.根据权利要求1所述的基于智能算法的光纤光栅传感器解调系统，其特征在于，所述2*2耦合器分解后的反射光中，其中一束作为参考输出到所述光谱分析仪，另一束输出到所述阵列波导光栅...

【专利技术属性】
技术研发人员：王冠军，任素芬，陈胜超，刘建勋，张雅千，黄梦醒，王咸鹏，沈重，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：