[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

摘要

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。

主权项

1.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]；2)利用最小二乘法对波长温度数据λ[j]和T[j]进行多项式拟合得到波长温度拟合结果其中M为设定的多项式阶数，an为拟合多项式系数，如果拟合残差小于设定的残差阈值θ，则输出拟合多项式系数an；如果拟合残差大于设定的残差阈值θ，则将拟合数据T′[j]与原始数据T[j]相减，并将差值绝对值大于误差阈值β的原始数据点去除，得到新的波长数组λ[k],k∈[0,K-1]和对应的温度数组T[k],k∈[0,K-1]，其中K≤N；3)经过点(λ[0]，T[0])和点(λ[K-1]，T[K-1])作一条直线，计算点(λ[k]，T[k])到该直线的垂直距离，将与直线垂直距离距离最大的点作为分段点(λ[S]，T[S])，从而将λ[k]和T[k]分为两段得到λ1[k]，T1[k]和λ2[k]、T2[k]，其中，λ1[k]＝λ[k],k∈[0,S]，T1[k]＝T[k],k∈[0,S]，λ2[k]＝λ[k+S],k∈[0,K-S-1]，T2[k]＝T[k+S],k∈[0,K-S-1]；4)将分段以后的数据按步骤2)和3)循环迭代处理，直到设定的循环次数L结束或者所有分段数据拟合残差均小于设定的残差阈值θ；如果循环结束仍存在分段数据拟合残差大于设定的残差阈值θ，则认为光栅传感器异常，如果所有分段数据拟合残差均小于设定的残差阈值θ，则认为拟合成功，同时得到分段点以及各段数据拟合多项式系数an。