[发明专利]基于FBG传感器的多物理量测量信号识别方法

说明书

技术领域

本发明属于FBG传感测量领域，涉及对FBG传感器的多信号分析识别，尤其是涉及一种基于FBG传感器的多物理量测量信号识别方法。

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，三是对多物理量同时检测，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FBG传感器的多物理量测量信号识别方法，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、精确测量多参数。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

基于FBG传感器的多物理量测量信号识别方法，包括如下步骤：

1).多参数信号分离：采用在等强度悬梁臂的上、下两表面对称放置两个FBG传感器来测量和分离出由于加速度、温度和压力三个参数引起的波长漂移；

2).采用基于CMOS图像传感器的FBG图像采集法，利用CMOS图像传感器捕获FBG光斑,将FBG传感器的波长识别转化为光斑图像识别；

3).对多光斑图像精确标识和定位：采用像素位置和时分复用来区分不同FBG传感器产生的光斑图像，由于光源按照脉冲方式工作，每个光脉冲都对应不同时延和不同FBG传感器，通过接收并记录光脉冲来确定时延值，根据时延值标定不同FBG；将前后两幅图光斑图像归属确定好后，再比较由同一FBG不同时刻产生光斑图像之间变化，由此确定被测物理量的变化。

所述步骤1）中等强度悬臂梁是指该悬臂梁上距固定端不同距离处的截面积不同。

所述步骤2）中FBG图像采集法是通过识别和采集CMOS光斑图像中光斑发生的位移偏移量,即光斑位置发生的像素偏移量，进而将位移像素偏移量值转化为波长变化值,最后得出待测物理量变化值与光斑位移像素偏移量之间的关系。

与现有技术相比，本发明解决了FBG传感器对温度、压力以及加速度变化引起的应力变化交叉感染现象；能同时分离和识别三个不同参数，通过采用CMOS结合时分复用技术来精确、标定FBG光斑图像，实现把波长漂移变化变为检测光斑图像位移变化，这种方法不仅能识别多点、多参数信息，而且对推广应用大型FBG传感网络有实际意义。

附图说明

图1为本发明传感系统的测量系统的原理框图结构示意图，黑色箭头表示入射光，虚线箭头表示反射光。

图2为本发明传感单元示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

本发明目的是基于FBG传感器多物理量测量传感系统，研究出一种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、精确测量多参数。

信号识别主要是采用CMOS结合时分复用技术来标定不同FBG产生的光斑，进而求出各物理量变化引起的波长变化。

如图2所示，传感系统主要包括传感单元和测量系统。传感单元如图1所示，包括一端固定在固定件上的等强度悬臂梁、放置在等强度悬臂梁另一端的质量块、设置在悬臂梁固定端且对称位于悬臂梁上下表面的第一FBG传感器和第二FBG传感器、设置在固定件上且紧靠离悬臂梁固定端很近的固定件上的第三FBG传感器，要实现多点测量，可使用多个传感单元；测量系统包括ASE光源、1*3耦合器、1*2耦合器、准直镜、闪耀光斑、CMOS图像传感器及计算机电脑。其中等强度悬臂梁为三角形悬臂梁，质量块设置在等强度悬臂梁的两斜边的交汇点处，质量块可选择球体。

本发明信号识别主要包括以下内容：

1）多参数信号分离方法：采用在等强度悬梁臂上、下两表面对称放置两个FBGs传感器来测量和分离出由于加速度，温度和压力三个参数引起的波长漂移。