光纖光柵譜峰高精度快速尋峰方法
2023-05-17 16:23:31 1
專利名稱：光纖光柵譜峰高精度快速尋峰方法
技術領域：
本發明涉及光纖光柵傳感領域，尤其涉及一種光纖光柵譜峰高精度快速尋峰方法。
背景技術：
隨著光纖傳感技術的發展，光纖光柵傳感器以其抗電磁幹擾、耐腐蝕、高絕緣性、 測量範圍廣、便於復用成網等優點，在土木工程、航空航天、石油化工、電力、醫療、船舶工業等領域獲得了廣泛應用。當外界作用在光纖光柵傳感器上的溫度或應變發生變化時，光纖光柵的反射譜或透射譜中心波長會發生變化，因此，尋找光纖光柵譜峰峰值的精確位置是光纖光柵傳感中的一項關鍵技術，快速、準確地尋峰方法是保證光纖光柵傳感系統實時性和精度的必要條件。目前，常用的尋峰算法有蒙特卡羅算法、直接比較法、二次插值數值微分法、一般多項式擬合法、多項式-高斯公式擬合法等，利用上述方法尋峰，精度低、運算量大，在對傳感精度要求比較高時，不能滿足要求，另外，某些應用場合需要用微處理器替代 PC機實現尋峰，採用上述方法時會嚴重影響整個傳感系統的實時性。因此，研究光纖光柵譜峰高精度快速尋峰方法是測量工作的需要。
發明內容
本發明的目的在於提供一種應用於光纖光柵傳感系統中的光纖光柵譜峰高精度快速尋峰方法，實現光纖光柵譜峰峰值位置的精確定位，解決現有尋峰方法中尋峰精度低、 運算量大的問題。本發明通過以下方法與步驟來實現1)首先根據光纖光柵反射譜多個峰值中的最大值及信噪比，確定尋峰時採用的閾值；2)根據設定的反射譜的寬度和形狀特點，判斷波峰是光纖光柵反射峰還是噪聲形成的峰，並記錄光纖光柵反射峰的起始點和結束點的橫坐標值；幻在反射峰兩側找到比光纖光柵反射峰最大值低3dB的左右兩個點，然後將兩個點對應的橫坐標數值求和後除2，得到峰值所在位置。為了確定尋峰時採用的閾值，根據光纖光柵反射譜數據中多個峰值的最大值及信噪比確定相對閾值re 1 Thresho 1 d和絕對閾值absThresho 1 d兩個參數。尋峰時，先將反射譜數據最大值與relThreshold的差值作為有效閾值；若通過relThreshold設定的有效閾值小於 absllireshold，則令有效閾值 threshold = absThresholdo判斷波峰是光纖光柵反射峰還是噪聲形成的峰時，利用有效閾值thresho 1 d 分別減、加H得到兩個參數thresholdLow和thresholdHigh。通過比較反射峰左側 thresholdLow和thresholdHigh之間數據的關係，判斷是否存在上升沿，如果存在上升沿， 再採用相同方法判斷反射峰右側thresholdHigh和thresholdLow之間是否存在下降沿。如果上升沿和下降沿都存在，則說明此處為一個波峰，進一步判斷當end-start大于波峰寬度width時，則認定該峰為光纖光柵的反射峰，否則，則判定該峰為噪聲形成的波峰。在尋找光纖光柵反射峰兩側比最大值低3dB的左右兩個點時，將光纖光柵反射峰
權利要求
1.一種光纖光柵譜峰高精度快速尋峰方法，其特徵在於，尋找反射譜中的正峰時，所述方法包括以下步驟1)根據光纖光柵反射譜多個峰值中的最大值及信噪比，確定尋峰時採用的閾值；2)根據設定的反射譜的寬度和形狀特點，判斷波峰是光纖光柵反射峰還是噪聲形成的峰，並記錄光纖光柵反射峰的起始點和結束點的橫坐標值；3)找到光纖光柵反射峰兩側比最大值低3dB的左右兩個點，然後將兩個點對應的橫坐標數值求和後除2，得到峰值所在位置。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述確定尋峰時採用的閾值，採用了相對閾值relThreshold和絕對閾值absThreshold兩個參數，尋峰時採用的有效閾值threshold 等於反射譜數據的最大值減去relThreshold ；當通過relThreshold設定的有效閾值小於 absThreshold 時，<吏有效 1 值 threshold = absThreshold。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述判斷波峰是光纖光柵反射峰還是噪聲形成的峰時，利用有效閾值threshold分別減、加H得到兩個參數thresholdLow和 threshoIdHigh ；通過比較反射峰左側threshoIdLow和threshoIdHigh之間數據的關係，判斷是否存在上升沿，如果反射峰左側存在上升沿，再採用相同方法判斷反射峰右側 thresholdHigh和thresholdLow之間是否存在下降沿；如果上升沿和下降沿都存在，則說明此處為一個波峰，進一步判斷當end-start大于波峰寬度width時，則認定該峰為光纖光柵的反射峰，否則，則判定該峰為噪聲形成的波峰。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述尋找光纖光柵反射峰兩側比最大值低3dB的左右兩個點時，將光纖光柵反射峰視為對稱峰，利用三角形的相似性得到了如下關係式
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於透射型光纖光柵透射譜表現為正峰，應按上述尋找反射型光纖光柵反射譜正峰的步驟確定峰值的位置；若透射型光纖光柵反射譜表現為負峰時，方法相應改為，第一步中，確定尋峰時採用的閾值，採用的有效閾值threshold 等於透射譜數據的最小值加上relThreshold，當通過relThreshold設定的有效閾值大於 absThreshold時，使有效閾值threshold = absThreshold ；第二步中，判斷是否為光纖光柵形成的波峰時，應判斷波峰左側thresholdHigh和thresholdLow之間是否存在下降沿，波峰右側thresholdLow和thresholdHigh之間是否存在上升沿；第三步中，應找到光纖光柵透射峰兩側比最小值高3dB的左右兩個點，然後將兩個點對應的橫坐標數值求和後除2，得到峰值所在位置。
全文摘要
本發明公開了一種光纖光柵譜峰高精度快速尋峰方法，以尋找反射型光纖光柵反射譜中的正峰為例，首先根據光纖光柵反射譜多個峰值中的最大值及信噪比，確定尋峰時採用的閾值，再根據設定的反射譜的寬度和形狀特點，判斷波峰是光纖光柵反射峰還是噪聲形成的峰，並記錄光纖光柵反射峰的起始點和結束點的橫坐標值；最後找到光纖光柵反射峰兩側的比最大值低3dB的左右兩個點，再將兩個點對應的橫坐標數值求和後除2，得到峰值所在位置。當尋找反射型光纖光柵透射譜中的負峰時，只需將本方法簡單變化後仍然適用；本方法也適用於尋找透射型光纖光柵反射譜的負峰和透射譜的正峰。該方法解決了現有方法中尋峰精度低、運算量大的問題。
文檔編號G01D5/26GK102435214SQ20111027866
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月20日 優先權日2011年9月20日
發明者姚國珍, 尚秋峰, 張靜, 李天 , 李永倩, 楊志 申請人:華北電力大學(保定), 華北電力大學蘇州研究院