一种级联型光纤传感器多参量监测系统和方法技术方案

本发明专利技术公开一种级联型光纤传感器多参量监测系统和方法，系统的光源模块发射宽带光至光环形器，光环形器将宽带光输出至级联型光纤传感器，级联型光纤传感器的反射光波由光环形器输出至

【技术实现步骤摘要】
一种级联型光纤传感器多参量监测系统和方法


[0001]本专利技术涉及级联型光纤传感器与多参量监测
，具体涉及一种级联型光纤传感器多参量监测系统和方法
。

技术介绍

[0002]级联型光纤传感器由于其抗干扰性
、
灵敏度高
、
制备成本低等方面的显著优势被广泛应用于温度
、
压力
、
应力等多参量同时测量中
。
而针对级联型光纤传感器多参量监测的解调系统在实际使用中显得尤为重要
。
[0003]通常级联型光纤传感器由光纤布拉格光栅和长周期光纤光栅结合，或者由长周期光纤光栅和法布里珀罗干涉仪结合，此类传感器结构由于其温度交叉灵敏度而影响工业环境下的多参量监测，而级联型光纤传感器的多参量监测通常需要使用光学频谱分析仪亦为光谱分析仪，然而光学频谱分析仪由于其繁琐的数据处理和缓慢的扫描速度，以及其高昂的使用成本，很大程度的限制着级联型光纤传感器多参量监测系统的发展，而且由于光纤传感解调系统的高成本和系统复杂性并不适合在实际的工程应用中被使用，并且由于系统的差异和误差使得无法精确获得级联型光纤传感器的峰值波长位置，同时检测过程中也会对系统整体产生稳定性和精度的损耗
。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提出了一种级联型光纤传感器多参量监测系统和方法，具有低成本
、
高效率
、
高精度的优势，其具体技术方案如下：一种级联型光纤传感器多参量监测系统，包括：光源模块
、
光环形器
、
级联型光纤传感器
、2*2
耦合器
、
多通道阵列波导光栅
、
光开关
、
光功率计
、
管式加热炉
、
数据处理模块，所述光环形器内含一个输入端
、
一个输入输出端及一个输出端，其中输入输出端连接至级联型光纤传感器，输出端连接至所述
2*2
耦合器的输入端，输入端连接光源模块的输出端，光环形器接收光源模块发出的宽带光并将所述宽带光输入至级联型光纤传感器以形成反射光波后输入到所述
2*2
耦合器中；所述
2*2
耦合器的一个输出端连接至多通道阵列波导光栅的输入端，多通道阵列波导光栅将所述反射光波偏移转换成各通道中的透射光强度变化；所述光功率计为双通道光功率计，所述的多通道阵列波导光栅的
N
个输出端通道分别与所述光开关的输入端和光功率计的第一输入端连接，所述光开关控制多通道阵列波导光栅各通道的光通行情况，所述光开关的输出端与光功率计的第二输入端连接；所述光功率计输出连接至数据处理模块，将获取的多通道阵列波导光栅各通道中的透射光强度输入至所述数据处理模块进行多参量监测；所述级联型光纤传感器放置于管式加热炉内部
。
[0005]进一步的，还包括光谱分析仪，所述
2*2
耦合器的另一个输出端连接所述光谱分析仪，将反射光波输入光谱分析仪，获取到级联型光纤传感器反射光谱，所述光谱分析仪通过
数据线将反射光谱峰值波长数据传输给数据处理模块作为光谱参考
。
[0006]进一步的，所述
2*2
耦合器的分光比为1：1，将所述级联型光纤传感器的反射光波平均分配为两路
。
[0007]进一步的，所述数据处理模块部署有生成对抗网络和深度神经网络，生成对抗网络将从所述多通道阵列波导光栅中获取的透射光强信息和所述光谱分析仪获取级联型光纤传感器的反射光谱信息的数据集进行数据增强扩展，再由深度神经网络进行解调以获得级联型光纤传感器反射光谱信号的各干涉峰的峰值
。
[0008]进一步的，所述生成对抗网络包括生成器和鉴别器，生成器生成包含有透射光强信息和反射光谱峰值波长信息的数据集，鉴别器鉴别混合的真实数据集和生成的数据集的真假性，最后生成最接近真实数据集的增强数据集
。
[0009]进一步的，所述深度神经网络包含一层输入层
、
三层隐藏层和一层输出层，输入层共有九个神经元，每层隐藏层均有
14
个神经元，输出层共有三个神经元
。
[0010]进一步的，所述所述级联型光纤传感器为结合光纤布拉格光栅和法布里珀罗干涉仪的级联型光纤传感器，由光纤布拉格光栅
、
毛细玻璃管
、
单模光纤构成，所述光纤布拉格光栅
、
毛细玻璃管和单模光纤均为圆柱体，所述的光纤布拉格光栅的第一横截面与所述毛细玻璃管的第一横截面对齐后通过熔接机进行放电熔接，所述毛细玻璃管的第二横截面与所述单模光纤的第一横截面对齐后通过熔接机进行放电熔接，则所述光纤布拉格光栅与所述单模光纤中间形成法布里珀罗腔，且所述光纤布拉格光栅
、
毛细玻璃管及所述单模光纤同轴
。
[0011]进一步的，所述的光纤布拉格光栅包层直径
125
μ
m
，纤芯直径为8μ
m
，中心波长为
1555nm
，有效反射率
>90%
，旁瓣抑制比为
15dB
；所述毛细玻璃管外径
125
μ
m
，内径
75
μ
m
；所述的单模光纤为
SMF
‑
28e
，包层直径为
125um。
[0012]进一步的，所述管式加热炉包括温控开关模块和温度显示模块，温控开关模块启动加热功能使炉内温度至预设温度，温度显示模块显示实时温度
。
[0013]一种级联型光纤传感器多参量监测方法，包括：步骤一，通过光源模块向光环形器发射固定波长宽带光，光环形器将固定波长宽带光输出至级联型光纤传感器，级联型光纤传感器的反射光波由光环形器输出至
2*2
耦合器；步骤二，
2*2
耦合器将所述反射光波平均分配为两路，一路输入至光谱分析仪获取级联型光纤传感器反射光谱，一路输入至多通道阵列波导光栅各通道中，将级联型光纤传感器的反射光波转化为在多通道阵列波导光栅各个通道中的透射光强度；步骤三，采用光功率计获取多通道阵列波导光栅各通道的透射光强度信息并输入至数据处理模块，数据处理模块利用经过训练的端到端的深度神经网络直接读取透射光强度信息并输出级联型光纤传感器相应的干涉峰峰值波长
。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的优势在于；本专利技术公开了完整的级联型光纤传感器制作及解调框架，结合生成对抗网络和深度神经网络实现对指定波长范围内的级联型光纤传感器进行数据增强扩展，并获得高精度的峰值波长解调，通过将阵列波导光栅的各通道中来自级联型光纤传感器的透射光强度信息送入生成对抗网络中进行数据增强后再送入深度神经网络中直本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种级联型光纤传感器多参量监测系统，包括：光源模块
、
光环形器
、
级联型光纤传感器
、2*2
耦合器
、
多通道阵列波导光栅
、
光开关
、
光功率计
、
管式加热炉
、
数据处理模块，其特征在于：所述光环形器内含一个输入端
、
一个输入输出端及一个输出端，其中输入输出端连接至级联型光纤传感器，输出端连接至所述
2*2
耦合器的输入端，输入端连接光源模块的输出端，光环形器接收光源模块发出的宽带光并将所述宽带光输入至级联型光纤传感器以形成反射光波后输入到所述
2*2
耦合器中；所述
2*2
耦合器的一个输出端连接至多通道阵列波导光栅的输入端，多通道阵列波导光栅将所述反射光波偏移转换成各通道中的透射光强度变化；所述光功率计为双通道光功率计，所述的多通道阵列波导光栅的
N
个输出端通道分别与所述光开关的输入端和光功率计的第一输入端连接，所述光开关控制多通道阵列波导光栅各通道的光通行情况，所述光开关的输出端与光功率计的第二输入端连接；所述光功率计输出连接至数据处理模块，将获取的多通道阵列波导光栅各通道中的透射光强度输入至所述数据处理模块进行多参量监测；所述级联型光纤传感器放置于管式加热炉内部
。2.
如权利要求1所述的一种级联型光纤传感器多参量监测系统，其特征在于：还包括光谱分析仪，所述
2*2
耦合器的另一个输出端连接所述光谱分析仪，将反射光波输入光谱分析仪，获取到级联型光纤传感器反射光谱，所述光谱分析仪通过数据线将反射光谱峰值波长数据传输给数据处理模块作为光谱参考
。3.
如权利要求2所述的一种级联型光纤传感器多参量监测系统，其特征在于：所述
2*2
耦合器的分光比为1：1，将所述级联型光纤传感器的反射光波平均分配为两路
。4.
如权利要求2所述的一种级联型光纤传感器多参量监测系统，其特征在于：所述数据处理模块部署有生成对抗网络和深度神经网络，生成对抗网络将从所述多通道阵列波导光栅中获取的透射光强信息和所述光谱分析仪获取级联型光纤传感器的反射光谱信息的数据集进行数据增强扩展，再由深度神经网络进行解调以获得级联型光纤传感器反射光谱信号的各干涉峰的峰值
。5.
如权利要求4所述的一种级联型光纤传感器多参量监测系统，其特征在于：所述生成对抗网络包括生成器和鉴别器，生成器生成包含有透射光强信息和反射光谱峰值波长信息的数据集，鉴别器鉴别混合的真实数据集和生成的数据集的真假性，最后生成最接近真实数据集的增强数据集
。6.
如权利要求4所述的一种级联型光纤传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：王冠军，徐浩洋，陈胜超，黄梦醒，沈重，任素芬，侯轩，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：