一种改进的高精度光谱寻峰算法研究
2020-04-13郭宇龙郑晓丹刘鹏辉周上清
光通信研究 2020年1期
江 虹,郭宇龙,郑晓丹,刘鹏辉,周上清
(长春工业大学 电气与电子工程学院,长春 130012)
0 引 言
超弱光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器作为现今发展起来的新型光纤传感器,其基本原理[1]是当FBG元件受到外界应变、温度、压力和磁场改变时,其反射光谱的中心波长会发生偏移,通过中心波长的微小变化[2-3]检测到被测量的变化,具有灵敏度高、抗干扰能力强、抗腐蚀、可靠性高、使用寿命长和复用能力强等优点,因此,其被广泛应用于建筑工程、航空航天、电力工程和石油领域的结构应变以及温度变化监测中[4]。
由于超弱FBG的反射在光谱中心波长处的幅值最大,因此,可以通过定位超弱FBG的反射光谱曲线的峰值来确定中心波长的值。目前使用FBG的寻峰算法有最小二乘拟合算法、质心算法、直接寻峰算法、遗传算法以及蚂蚁算法等。最小二乘拟合算法寻峰精度有限;质心算法虽然运行快且误差相对较小,但受噪声影响较大,在噪声大(信噪比低)的情况下达不到理想的寻峰效果;直接寻峰算法精度低,且受噪声的影响很大;遗传算法和蚂蚁算法虽然能够达到很好的精度,但计算量大,求解需耗费较长时间,不能满足解调要求。
目前光栅传感技术正朝着大容量、长距离和网络化发展,传感器数目可达成百上千个[5],因此,研究适合实际工程应用的高精度解调寻峰算法极其重要。本文针对上述方法存在的不足,分析发现在超弱FBG数据的采集过程中,由于噪声的干扰[6],导致超弱FBG的反射光谱曲线不是标准的高斯型,波峰附近区域呈不对称形状[7],峰值位置偏向左或偏向右。……
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