[发明专利]光纤光栅解调方法及解调系统

说明书

本发明公开了一种光纤光栅解调方法及解调系统，解调系统采用解调方法对光纤光栅传感器进行解调，解调方法包括：首先，按照扫描规律周期性地向光纤光栅传感器输出相应的调谐光，并同步对光纤光栅传感器的反射光光强进行采样并记录采样次数；然后，通过采样次数和扫描规律确定每个采样点对应的光波长数据，并结合相应的光强数据组合成每个采样点的二维数据组；最后，基于所有采样点的二维数据组进行拟合计算，得出光纤光栅传感器的峰值波长。以消除对反射光光强进行采样引入的噪声干扰，提高解调的分辨力，减小因扫描光源衰减带来的影响。解调系统还可以根据反射光光强的变化自适应调整放大增益，进一步减小因扫描光源光强衰减导致的解调误差。

技术领域

本发明涉及采用光学装置进行测量的技术领域，具体涉及一种光纤光栅解调方法及其解调系统。

背景技术

应用光纤光栅技术的光纤光栅应变、位移、温度等传感器在结构监控领域等应用越来越广发，因其具有传输距离远且衰减小，抗电磁干扰能力强，传感器无需供电、灵敏度高等优点。然而结构监控领域对于光纤光栅解调仪的尺寸和功耗有要求，因为结构监控是一个漫长的过程，需要光纤光栅解调仪长期工作，而且光纤光栅解调仪所处的工作环境通常较为恶劣，因此光纤光栅解调仪的扫描光源光强出现衰减，从而影响解调仪的解调精度，甚至导致解调仪失效。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种光纤光栅解调方法及其解调系统，通过采集多个采样点的光强数据和光波长数据进行拟合，可以提取出数据采样的趋势信息，以提高解调的分辨力，减小因扫描光源出现衰减带来的影响。

具体技术方案如下：

第一方面，提供了一种光纤光栅解调方法，包括：

按照扫描规律周期性地向光纤光栅传感器输出相应的调谐光，并同步对光纤光栅传感器的反射光光强进行采样并记录采样次数；

通过采样次数和扫描规律确定每个采样点对应的光波长数据，并结合相应的光强数据组合成每个采样点的二维数据组；

基于所有采样点的二维数据组进行拟合计算，得出所述光纤光栅传感器的峰值波长。

结合第一方面，在第一方面的第一种可实现方式中，所述扫描规律包括：所述调谐光在一定波长范围内，按照预设的波长间距依次递增。

结合第一方面，在第一方面的第二种可实现方式中，所述基于所有采样点的二维数据组进行拟合计算包括：

根据采样顺序对所有采样点的二维数据组进行排序，构建样本数据集；

遍历样本数据集中的所有采样点的光强数据，选取出最大光强值对应的二维数据组及其相邻一定范围内的二维数据组构建有效样本集；

根据有效样本集中的二维数据组进行拟合计算，得出所述光纤光栅传感器的峰值波长。

结合第一方面的第二种可实现方式中，在第一方面的第三种可实现方式中，所述根据有效样本集中的二维数据组进行拟合计算包括：

基于所述有效样本集中所有的二维数据组进行多项式拟合，得出有效样本集对应的拟合多项式；

对所述拟合多项式进行求导计算，计算出所述光纤光栅传感器的峰值波长。

结合第一方面的第三种可实现方式中，在第一方面的第四种可实现方式中，所述基于所述有效样本集中所有的二维数据组进行多项式拟合，包括：

设定需要拟合的三次多项式；

基于所述有效样本集中所有的二维数据组，采用最小二乘法计算出参数矩阵；

对参数矩阵进行Doolittle分解，得到L矩阵和U矩阵；

通过L矩阵和U矩阵对设定的三次多项式进行拟合，得到所述拟合多项式。