[发明专利]高精度光纤光栅传感器的波长温度自适应分段拟合方法

说明书

本发明公开了一种高精度FBG波长温度自适应分段拟合方法，该方法先将波长温度数据对按照波长升序排列；再利用最小二乘法对排序后的波长温度数据和进行多项式拟合，经判断后得到新的波长数组和对应的温度数组；通过计算点线的垂直距离，将与直线垂直距离最大的点作为分段点并将得到的数据循环进行处理，直到所有数据段拟合残差均小于设定的残差阈值。本方法具有算法简单快速，拟合精度高的特点，能够根据设定的拟合误差和多项式函数形式自适应确定分段点，并给出每个分段函数的具体表达式，解决了极端环境下FBG波长温度高精度自适应分段拟合问题。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种高精度自适应光纤光栅传感器波长温度拟合方法。

背景技术

随着我国航天器型号研制要求不断提高，对在地面模拟空间真空热环境下，测量航天器的温度与应变，实时监测结构热变形程度的需求已非常迫切。光纤多参量复合传感技术可以满足整星及其大型外露结构件(如网状天线、桁架结构、太阳翼、机械臂等)真空热试验应用需求。光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器是当前光纤传感器领域内的研究热点，也是传感器研究与应用中最为广泛和最具有市场潜力的光纤传感器。FBG主要是通过观测布喇格波长漂移来判断待测物理量(温度或应变等)的变化。非线性是FBG传感器固有的特性，当把FBG波长信号转换成对应的温度物理量时，需要进行非线性拟合，描述其温度和波长非线性关系，因此准确拟合FBG波长温度方程，对于提高FBG测量精度至关重要。

目前，常用的FBG波长温度拟合算法是基于最小二乘多项式分段拟合方法。目前FBG波长温度的分段拟合方法大多需要凭经验或观察FBG传感器波长温度输出特性曲线来人工确定分段点，这种拟合方法虽然能够在一定程度上满足工程应用的需要，但是分段点的选择往往不是最优的，而且依赖人工经验，并且调整拟合误差后，需要人工再次确定分段点。在实际应用中，由于各种噪声的影响，尤其是空间极端环境的影响，FBG光谱容易受到干扰，使实际测得的波长数值发生改变，直接影响波长温度拟合的准确性，但是，目前拟合算法不对原始波长温度数据进行预处理剔除噪声干扰带来的粗大误差，而是直接将所有原始数据进行拟合，因此无法实现全过程自适应高精度波长温度自动拟合。为此，业界迫切需要寻求一种新的自动波长温度拟合方法，以能够高精度自适应地实现波长温度拟合。

发明内容

本发明要解决的技术问题是要解决现有波长温度拟合方法中由于粗大误差点而带来的精度较低问题以及分段点依赖人工经验导致的准确度问题。因此，为了满足极端环境下FBG传感器高精度测量要求，本发明的目的在于提供一种高精度FBG波长温度自适应分段拟合方法，该方法能够对原始数据进行预处理，去除粗大误差点，并且能够根据设定的拟合残差阈值和多项式函数形式自适应确定分段点，具有自动实现波长温度拟合的分段任务，并给出每个分段函数的具体表达式的特点，实现了对FBG传感器波长温度高精度自适应分段拟合。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明公开了一种高精度FBG波长温度自适应分段拟合方法，包括如下步骤：

1)利用光纤光栅解调仪和温度测量系统分别获取光栅传感器波长数据以及光栅同一位置处粘贴的温度传感器温度数据，得到原始波长数组λ[i],i∈[0,N-1]以及对应的温度数组T[i],i∈[0,N-1]，将波长温度数据对(λ[i]，T[i])按照波长升序排列以后得到新的波长和温度数组λ[j],j∈[0,N-1]以及T[j],j∈[0,N-1]；