[发明专利]一种光纤布拉格光栅传感系统的信号解调方法

说明书

一种光纤布拉格光栅传感系统的信号解调方法，所述方法采用兼容平滑与边缘保持的降噪方法，去除FBG传感信号中的噪声；然后对降噪后的数据进行迭代拟合区域分割，确定所有单峰区域；最后以修正后谱曲线的斜率比归1度为每次迭代的目标函数，利用加权的一阶导数对单峰区域的非对称谱进行锐化修正，对修正后的对称谱进行谱峰解调，得到FBG信号的中心波长位置。本发明采用兼容平滑与边缘保持的降噪方法，在去除噪声干扰的同时还能保护信号的特征信息不丢失；迭代拟合区域分割克服了传统方法复杂的递回，分割区域不对称等缺点，提高了分割效率和分割准确性；通过锐化修正非对称谱提高谱峰解调精度，从而提高了光纤布拉格光栅传感系统的检测精度。

技术领域

本发明涉及一种光纤布拉格光栅传感系统的信号解调方法，该方法不仅适用于信噪比较高的对称高斯谱型传感信号，也适用于噪声影响严重的非对称高斯谱型传感信号，属于测量技术领域。

背景技术

目前，基于光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Gratings,FBG)的传感系统广泛应用于应变、温度和加速度等物理参数的测量和监测。通过FBG解调算法，得到准确的中心波长位置，对于传感系统的测量精度起着至关重要的作用。传统解调算法提取中心波长特征，对于信噪比较高的对称高斯谱型传感信号具有较好效果，但不适用于受噪声影响严重的非对称高斯谱型传感信号。

对于节点数目较多的FBG传感系统，传感信号信噪比较低，传统的解调方法存在FBG信号特征点模糊化、丢失谱型细节信息、单峰区域不对称、运算时间长、非对称高斯谱型信号测量精度差等问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种光纤布拉格光栅传感系统的信号解调方法，以提高光纤布拉格光栅传感系统的检测精度。

本发明所述问题是以下述技术方案解决的：

一种光纤布拉格光栅传感系统的信号解调方法，包括降噪、区域分割、谱峰解调三个环节；所述方法首先采用兼容平滑与边缘保持的降噪方法，去除FBG传感信号中的高频噪声和低频噪声；然后对降噪后的数据进行迭代拟合区域分割，确定所有单峰区域；最后以修正后谱曲线的斜率比归1度为每次迭代的目标函数，利用加权的一阶导数对单峰区域的非对称谱进行锐化修正，对修正后的对称谱进行谱峰解调，得到FBG信号的中心波长位置。

上述光纤布拉格光栅传感系统的信号解调方法，按以下步骤进行：

a.进行兼容平滑与边缘保持的降噪处理

在平面坐标系中，采集的信号为一列离散数据的集合，设降噪滑动窗口的宽度为n,降噪处理的滑动数组长度为w＝2n+1，滑动窗口包含的数据点为x＝(-n,-n+1,,,,0,1,…n-1,n)，采用高次多项式对该宽度内的每个数据点拟合得到：其中q为多项式次数，a_i为多项式第i次项的系数，滑动窗口移动一次可以写出w个方程，设最小二乘拟合的残差为e，则有：

即f＝X·A+E，f看作采集的原始信号，X为数据点矩阵，A为系数矩阵，A的最小二乘解为A′＝(X^T·X)^-1·X^T·f，E为最小二乘拟合的残差矩阵，降噪后的信号为f′＝X·A′＝X·(X^T·X)^-1·X^T·f；

b.对降噪后的数据进行迭代拟合区域分割