一種高精度fbg傳感信號尋峰方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高精度FBG傳感信號尋峰方法，主要包括以下步驟：對采集到的FBG傳感信號進(jìn)行中值濾波處理，減少奇異點；對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行差分和平滑處理；然后對每個數(shù)據(jù)點進(jìn)行閾值判斷得到峰值點；對滿足閾值條件的峰值點及其附近數(shù)據(jù)點進(jìn)行高斯擬合，經(jīng)此修正后得到更精確的峰值點；進(jìn)而計算得到FBG中心波長，以完成對外界物理量(如應(yīng)力和溫度)的解調(diào)。本發(fā)明的方法能夠精確地找到FBG傳感信號中的峰值點，可以有效地提高波長解調(diào)的精度。
【專利說明】一種高精度FBG傳感信號尋峰方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光纖光柵傳感【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種高精度FBG傳感信號尋峰方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著光纖傳感技術(shù)的快速發(fā)展，光纖光柵（Fiber Bragg Grating, FBG)傳感器以 其抗電磁干擾、耐腐蝕、電絕緣、高靈敏度、便于復(fù)用和低成本等特點，在交通隧道、石油石 化、電力系統(tǒng)、橋梁監(jiān)測、重大裝備安全檢測等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。光纖光柵傳感器是一 種波長調(diào)制型器件，當(dāng)作用在光纖光柵傳感器上的應(yīng)力或溫度發(fā)生變化時，會引起光纖光 柵的中心波長發(fā)生變化，因此可以通過測量光纖光柵中心波長的偏移來獲得外界物理量的 變化。所以尋找FBG傳感信號中峰值點的準(zhǔn)確位置對光纖光柵傳感系統(tǒng)的精確測量至關(guān)重 要。
[0003] 目前常用的尋峰算法主要有直接法、一般多項式法、蒙特卡羅算法、基于徑向函數(shù) 網(wǎng)絡(luò)算法、蟻群算法等。但是面臨的問題主要有兩個：一是部分尋峰方法易于實現(xiàn)，但精度 不夠；二是部分尋峰方法精度很高，但不易實現(xiàn)，求解速度太慢，具有高精度且求解速度快 的尋峰方法相對較少。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種高精度FBG傳感信號尋峰方法，克服了其他尋峰方法 存在的不足，在尋峰具有高精度的同時，又滿足實時性要求。
[0005] 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種高精度FBG傳感信號尋峰方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟1 :數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對FBG傳感信號進(jìn)行采集，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行中值濾波；
[0007] 步驟2 :對中值濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行差分處理；
[0008] 步驟3 :對差分后的數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理；
[0009] 步驟4 :對平滑后的數(shù)據(jù)進(jìn)行閾值判斷，得到滿足條件的峰值點X' peak ;
[0010] 步驟5 :對滿足條件的峰值點及附近點進(jìn)行高斯擬合，對峰值點進(jìn)行修正，得到更 精確的峰值點xpeak;
[0011] 步驟6 :根據(jù)得到的峰值點及相關(guān)解調(diào)方案計算傳感FBG中心波長λ。
[0012] 優(yōu)選地，在步驟3中，所述平滑處理采用的是均值法，根據(jù)平滑窗口 k的大小對每 k個數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，平滑次數(shù)為2次，得到平滑后的數(shù)據(jù)。
[0013] 優(yōu)選地，在步驟4中，所述閾值包括幅度閾值、斜率閾值和峰寬閾值，幅度閾值根 據(jù)采集到的FBG傳感數(shù)據(jù)的幅值確定，斜率閾值和峰寬閾值根據(jù)FBG傳感數(shù)據(jù)中半峰寬度 確定。
[0014] 優(yōu)選地，在步驟5中，所述高斯擬合之后得到一個擬合曲線，然后取擬合曲線的極 大值點作為修正后的峰值點x pMk，使得峰值點的位置更加精確。
[0015] 優(yōu)選地，在步驟6中，所述計算傳感FBG中心波長λ時使用的解調(diào)方案是：選取兩 個參考FBG，中心波長分別為入1和λ2，且滿足< λ < λ2，對應(yīng)的峰值點分別為七和 x2,在短波長范圍內(nèi)把波長與峰值點的關(guān)系簡化為線性相關(guān)，取I λ「λ 2| = 500pm，根據(jù)峰 值點計算出傳感FBG的中心波長為：
[0016]
【權(quán)利要求】
1. 一種高精度FBG傳感信號尋峰方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1 :數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對FBG傳感信號進(jìn)行采集，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行中值濾波； 步驟2 :對中值濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行差分處理； 步驟3 :對差分后的數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理； 步驟4 :對平滑后的數(shù)據(jù)進(jìn)行閾值判斷，得到滿足條件的峰值點； 步驟5 :對滿足條件的峰值點及附近點進(jìn)行高斯擬合，對峰值點進(jìn)行修正，得到更精確 的峰值點； 步驟6 :根據(jù)得到的峰值點及相關(guān)解調(diào)方案計算傳感FBG中心波長。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的尋峰方法，其特征在于，在步驟3中，所述平滑處理采用的是 均值法，根據(jù)平滑窗口 k的大小對每k個數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，平滑次數(shù)為2次，得到平滑后的數(shù) 據(jù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的尋峰方法，其特征在于，在步驟4中，所述閾值包括幅度閾值、 斜率閾值和峰寬閾值，幅度閾值根據(jù)采集到的FBG傳感數(shù)據(jù)的幅值確定，斜率閾值和峰寬 閾值根據(jù)FBG傳感數(shù)據(jù)中半峰寬度確定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的尋峰方法，其特征在于，在步驟5中，所述高斯擬合之后得到 一個擬合曲線，然后取擬合曲線的極大值點作為修正后的峰值點x peak，使得峰值點的位置 更加精確。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的尋峰方法，其特征在于，在步驟6中，所述計算傳感FBG中 心波長λ時使用的解調(diào)方案是：選取兩個參考FBG，中心波長分別為λ^Ρ λ2，且滿足 < λ < λ2，對應(yīng)的峰值點分別為11和12，在短波長范圍內(nèi)把波長與峰值點的關(guān)系簡化為 線性相關(guān)，取I λ廠λ 21 = 500pm，根據(jù)峰值點xpeak計算出傳感FBG的中心波長為：
【文檔編號】G01D5/26GK104111082SQ201410331203
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月11日
【發(fā)明者】許雪梅, 李運龍, 楊兵初, 汪金輝, 李夢平 申請人:中南大學(xué)
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