[发明专利]基于线阵InGaAs扫描FBG反射谱的传感解调方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种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。

背景技术

光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，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。

发明内容

为了解决上述问题，本发明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。

发明提供的基于线阵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，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1示意性示出本发明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示意性示出本发明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，本发明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，本发明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发明的具体细节。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。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。

本发明提供一种基于线阵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l_B可由式(1)表示：

l_B＝2n_effΛ(1)