一种光纤光栅与法帕腔复合传感器信号解耦方法和装置

摘要

本发明公开了一种光纤光栅与法帕腔复合传感器信号解耦方法和装置。本发明通过对复合传感器反射光谱信号进行光谱峰值检测和光谱信号解耦得到峰值差序列，通过波长解算解耦出光纤光栅传感器的波长，通过腔长解耦得到光纤法帕传感器的反射光谱峰值序列，通过光波频率插值重采样、光程差自校准和腔长解算得到光纤法帕传感器的腔长。本发明能够同时实现光纤光栅传感器和光纤法帕传感器的解调，得到光纤光栅传感器的波长和光纤法帕传感器的腔长，且能够提高提高光纤法帕传感器腔长值测量分辨率。

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种光纤光栅与法帕腔复合传感器信号解耦方法、装置、计算机设备和计算机可读存储介质。

背景技术

光纤光栅传感器和光纤法帕传感器是光纤传感器的典型代表，两者各有所长，均得到了广泛的应用。充分结合两类传感器的优势，可以组成光纤光栅与法帕腔复合传感器，这大大拓展了光纤传感应用的场合。现有技术CN206683687U公开了一种光纤法珀腔与光栅复用传感器的齿轮齿根状态监测系统，CN113804247A公开了一种基于法珀腔、光纤光栅的变压器油温油压多参量监测系统。但在这些应用中均存在解调系统复杂、测量精度低的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种光纤光栅与法帕腔复合传感器信号解耦方法、装置、计算机设备和计算机可读存储介质，实现同时对光纤光栅传感器波长值和光纤法帕传感器腔长值的解调，提高光纤法帕传感器腔长值测量分辨率。

为了实现上述目的，本发明的一个方面提供一种光纤光栅与法帕腔复合传感器信号解耦方法，通过对复合传感器的反射光谱信号进行解耦处理，得到光纤光栅传感器的波长和光纤法帕传感器的腔长，所述方法包括：

光谱峰值检测步骤，检测复合传感器的反射光谱的峰值序列

光谱信号解耦步骤，将复合传感器反射光谱峰值序列

波长解算步骤，计算峰值差序列的平均值，得到峰值差序列与该平均值的比值中的最小值的索引M，通过索引M解算出光纤光栅传感器的波长

腔长解耦步骤，从复合传感器反射光谱峰值序列

光波频率插值重采样步骤，对光纤法帕传感器反射光谱峰值序列

光程差自校准步骤，根据重采样光波频率序列

腔长解算步骤，通过计算光程差序列

本发明的另一个方面提供一种光纤光栅与法帕腔复合传感器信号解耦装置，通过对复合传感器的反射光谱信号进行解耦处理，得到光纤光栅传感器的波长和光纤法帕传感器的腔长，所述装置包括：

光谱峰值检测模块，用于检测复合传感器的反射光谱的峰值序列

光谱信号解耦模块，用于将复合传感器反射光谱峰值序列

波长解算模块，用于计算峰值差序列的平均值，得到峰值差序列与该平均值的比值中的最小值的索引M，通过索引M解算出光纤光栅传感器的波长

腔长解耦模块，用于从复合传感器反射光谱峰值序列

光波频率插值重采样模块，用于对光纤法帕传感器反射光谱峰值序列

光程差自校准模块，用于根据重采样光波频率序列

腔长解算模块，用于通过计算光程差序列

本发明的又一个方面提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

本发明的又一个方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

本发明的光纤光栅与法帕腔复合传感器信号解耦方法、装置、计算机设备和计算机可读存储介质能够实现同时对光纤光栅传感器波长值和光纤法帕传感器腔长值的解调，提高光纤法帕传感器腔长值测量分辨率。

附图说明

图1为本发明一个实施方式的光纤光栅与法帕腔复合传感器信号解耦方法的流程图；

图2为本发明一个实施方式的光纤光栅与法帕腔复合传感器信号的反射光谱；

图3为在使用和不使用本发明一个实施方式的光波频率插值重采样和光程差自校准两种情况下分别进行100次采样解调结果的图。

图4为本发明一个实施方式的光纤光栅与法帕腔复合传感器信号解耦装置的框图。

图5为本发明一个实施方式的计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明的一个实施方式提供一种光纤光栅与法帕腔复合传感器信号解耦方法，通过对复合传感器反射光谱信号进行光谱峰值检测和光谱信号解耦得到峰值差序列，通过波长解算解耦出光纤光栅传感器的波长，通过腔长解耦得到光纤法帕传感器的反射光谱峰值序列，通过光波频率插值重采样、光程差自校准和腔长解算得到光纤法帕传感器的腔长。

图1为本发明一个实施方式的光纤光栅与法帕腔复合传感器信号解耦方法的流程图。本发明实施方式的光纤光栅与法帕腔复合传感器信号解耦方法通过对复合传感器反射光谱信号进行解耦处理分析，得到光纤光栅传感器的波长和光纤法帕传感器的腔长。如图1所示，本实施方式的光纤光栅与法帕腔复合传感器信号解耦方法包括步骤S1～S7。

步骤S1为光谱峰值检测步骤，在该步骤中，检测复合传感器反射光谱峰值序列

在一个实施例中，复合传感器是波长为1527.347（单位：nm）和腔长为102.958（单位：μm）的光纤光栅与法帕腔复合传感器，检测到的光纤光栅与法帕腔复合传感器信号反射光谱如图2所示，图2中的横坐标为数据采样序列，纵坐标为信号幅度，单位是V。在本实施例中，n取n=5，检测得到复合传感器反射光谱峰值序列

步骤S2为光谱信号解耦步骤，在该步骤中，将复合传感器反射光谱峰值序列

在上述实施例中，将复合传感器反射光谱峰值序列的相邻谱峰对应的波长两两相减，计算出相邻的两个谱峰之间的波长间隔，得到峰值差序列

步骤S3为波长解算步骤，在该步骤中，计算峰值差序列的平均值，得到峰值差序列相比于该平均值中的最小值索引M，通过索引M解算出光纤光栅传感器的波长

在上述实施例中，计算峰值差序列的平均值为

步骤S4为腔长解耦步骤，在该步骤中，从复合传感器反射光谱峰值序列

在上述实施例中，将波长解算步骤中解算出的光纤光栅传感器波长

步骤S5为光波频率插值重采样步骤，在该步骤中，对光纤法帕传感器反射光谱峰值序列

在上述实施例中，对光纤法帕传感器反射光谱峰值序列取倒数得到对应的光频率序列

步骤S6为光程差自校准步骤，在该步骤中，根据重采样光波频率序列

在上述实施例中，插值后的光波频率序列

步骤S7为腔长解算步骤，在该步骤中，通过计算光程差序列

在上述实施例中，由于光程差反映腔长变化，因此通过求平均值来得到腔长值。即，通过计算光程差序列

如上所述，本发明实施方式的光纤光栅与法帕腔复合传感器信号解耦方法在通过步骤S1-S3实现光纤光栅传感器波长的解调，通过步骤S4-S6的数据处理，在步骤S7中实现光纤法帕传感器腔长的解调，并且通过步骤S5的光波频率插值重采样处理以及步骤S6的光程差自校准处理提高光纤法帕传感器腔长值的测量分辨率。对于光纤法帕传感器的腔长的解调在不使用光波频率插值重采样和光程差自校准进行数据处理的情况下，直接通过光纤法帕传感器的反射光谱峰值序列

本发明的一个实施方式还提供一种光纤光栅与法帕腔复合传感器信号解耦装置，通过对复合传感器的反射光谱信号进行解耦处理，得到光纤光栅传感器的波长和光纤法帕传感器的腔长。图4为本发明一个实施方式的光纤光栅与法帕腔复合传感器信号解耦装置的框图。如图4所示，本实施方式的光纤光栅与法帕腔复合传感器信号解耦装置包括：

光谱峰值检测模块101，用于检测复合传感器的反射光谱的峰值序列

光谱信号解耦模块102，用于将复合传感器反射光谱峰值序列

波长解算模块103，用于计算峰值差序列的平均值，得到峰值差序列与该平均值的比值中的最小值的索引M，通过索引M解算出光纤光栅传感器的波长

腔长解耦模块104，用于从复合传感器反射光谱峰值序列

光波频率插值重采样模块105，用于对光纤法帕传感器反射光谱峰值序列

光程差自校准模块106，用于根据重采样光波频率序列

腔长解算模块107，用于通过计算光程差序列

本实施方式的光纤光栅与法帕腔复合传感器信号解耦装置的具体实施例可以参见上文中对于光纤光栅与法帕腔复合传感器信号解耦方法的限定，在此不再赘述。上述光纤光栅与法帕腔复合传感器信号解耦装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图5所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储各个框架的运行参数数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现本实施方式的光纤光栅与法帕腔复合传感器信号解耦方法。

本领域技术人员可以理解，图5中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

本发明的一个实施方式还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现本实施方式的光纤光栅与法帕腔复合传感器信号解耦方法的上述步骤S1-S7。

本发明的一个实施方式还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现本实施方式的光纤光栅与法帕腔复合传感器信号解耦方法的上述步骤S1-S7。

综上所述，本发明实施方式提供的光纤光栅与法帕腔复合传感器信号解耦方法、装置、计算机设备和计算机可读存储介质，适用于多点光纤光栅传感器、光纤光栅-法帕复合高反射传感器和光纤光栅-法帕复合低反射传感器3种不同种类的复合传感器，具有如下优点：

1、本发明同时实现光纤光栅传感器和光纤法帕传感器的解调，得到光纤光栅传感器的波长和光纤法帕传感器的腔长，且能够提高测量分辨率。利用本发明对光纤光栅与法帕腔复合传感器进行解调，能够显著降低成本，也有利于更加灵活地复用光纤光栅传感器和光纤法帕传感器。

2、本发明采用对复合传感器反射光谱信号进行光谱信号数据处理分析，实现同时对光纤光栅传感器波长值和光纤法帕传感器腔长值的解调。

3、本发明通过对光波频率进行插值重采样和光程差自校准，能够提高光纤法帕传感器腔长值测量分辨率。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施方式，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施方式进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明保护范围的限制。