[发明专利]基于分布式FBG传感器的多物理量测量传感信号识别方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于FBG传感器应用领域，涉及对FBG传感器的多信号分析识别，尤其是涉及到基于分布式FBG传感器的多物理量测量传感信号识别方法及装置。

背景技术

信号识别技术的本质是对传感光栅(FBG)反射谱进行实时监测，分析出中心波长的位置。也就是需要把信号从光信号变成电信号，再从电信号转为数字信号的过程。现有技术缺点有：一是对光信号处理，即传感器的中心反射波长的跟踪分析，光纤光栅传感器中心反射波长最直接的检测仪器是光谱仪，但光谱仪价格高、信息的输出显示不直观，难以满足实际应用的需要；二是将波长信息转化为电信号以便处理输出，而光电检测器接收光信号时对波长不敏感，同时FBG反射谱近似看作为高斯型分布，反射光信号具有线宽较窄，功率低等特点，三是对多参数同时检测，还无法实现。总之到目前为止，还没有一种识别技术能同时满足高分辨率、多参数、多点复用检测且成本不高的实用化要求。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于分布式FBG传感器的多物理量测量传感信号识别方法，能分离和识别出多参数微信号，并智能感知信息识别方法，实现同时、精确和分布式测量多参数；本发明还提供了实现该方法的一种装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

两个或两个以上的FBG传感器的反射光先经过各自对应的1*2耦合器，然后经准直镜反射后经过闪耀光栅照射到聚焦透镜上，CMOS图像传感器获取从聚焦透镜透射过来的阵列光斑，根据公式计算出FBG光栅波长的各个位移量Δλ，进而识别各个FBG传感器的信号，其中p为像素尺寸，l为栅距，θ_k为衍射角，Δp为像素偏移个数，f为聚焦透镜角度，k为衍射级数。解决了各测量物理参数FBG波长变化量与CMOS图像传感器光斑位置偏移量间的关系。

若有m个传感信号，则在CMOS上形成具有m个光斑的图像，接下来要进行图像识别，分析前后几幅图，利用CMOS图像传感器成像原理和神经网络知识，得出几幅图中m个光斑与m个信号一一对应关系；解决CMOS图像传感器光斑与各FBG传感器信号一一对应关系；其中，m等于FBG传感器的数量。

假设有n个节点，每个节点需要测量温度、压力和加速度三个参数，具体实现方法如下：传感单元每个节点的FBG_n1传感器反射信号与第一个1*2耦合器输入端相连，FBG_n2传感器反射信号与第二个1*2耦合器输入端相连，FBG_n3传感器反射信号与第三个1*2耦合器输入端相连，n为节点个数；FBG_n1传感器是测量温度的传感器；FBG_n2传感器是测量压力的传感器；FBG_n3传感器是测量加速度的传感器。

如果在固定件上设置第三传感器，与固定件垂直连接的水平悬臂梁上表面上设置第一传感器，下表面设置第二传感器，第一传感器的反射信号与第一个1*2耦合器输入端相连，第二传感器的反射信号与第二个1*2耦合器输入端相连，第三传感器的反射信号与第三个1*2耦合器输入端相连，所述悬臂梁为钢质，长度L＝50mm，底部宽度B＝30mm，厚度h＝1mm，杨氏模量＝208GPa，梁端有质量为0.3千克的质量块，所述的固定件可以是钻井头等设备。

所述第一传感器、第二传感器和第三传感器的反射信号输入到各自对应的1*2耦合器后，经准直镜反射后经过闪耀光栅照射到聚焦透镜上，CMOS图像传感器获取从聚焦透镜透射过来的阵列光斑，根据公式计算出FBG光栅波长的位移量Δλ，其中p为像素尺寸，l为栅距，θ_k为衍射角，Δp为像素偏移个数，f为聚焦透镜角度，k为衍射级数，然后，根据公式得出待测的温度变化量ΔT，其中，α为热膨胀系数，ξ为热光系数，

根据公式得出待测的压力变化量ΔP，其中，p₁₂和p₁₁为弹光张量分量，υ为光纤材料的泊松比，E为弹性模量，

根据公式得出待测的加速度变化量Δa，其中E为悬臂梁材料的场氏模量，L为悬臂梁的总长度，B为悬臂梁的底部宽度，h为梁的厚度，M是质量块的质量。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1)能实现多参数同时测量，并能解决多参数相互干扰现象。

2)以图像显示，较直观。

3)以前要识别出一个传感信号，需至少对应三组参数才能得出，且算法较复杂，不适合分布式、多点测量。