用于准确测量布里渊谱的频移的最大相似匹配分析方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于准确测量布里渊谱频移的最大相似匹配分析方法，预先测得光纤在未受应力和温度状态下的原始布里渊谱作为参考谱，将实际测量得到的布里渊谱作为测量谱，逐渐移动测量谱并比较其与截取的部分参考谱的形状，利用相关系数描述两者的相似程度，当计算出的相关系数最大时，此时测量谱的移动值即为此时光纤布里渊频移的改变值。使用本发明分析方法可更加准确测量最终的频移值，使测量的结果更加精确；克服了洛伦兹拟合只能在布里渊谱为单峰时有效的缺点，同时该方法运算简单，简化了数据分析的难度，测量时扫频较窄，频谱采样步进较小，减少了测量的时间。
【专利说明】用于准确测量布里渊谱的频移的最大相似匹配分析方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光纤传感【技术领域】，特别是用于准确测量布里渊谱的频移的最大相似匹配分析方法。
【背景技术】
[0002]光纤本身不带电，抗电磁、耐辐射、耐高电压、不产生电火花并且绝缘性能良好等特点，使得光纤传感系统将成为传感器系统的主流，并逐步替代传统的传感器系统。光纤上的物理量诸如:压力、温度、湿度、电场、磁场等发生变化时，会引起光纤的物理特性发生变化，从而使光纤中传导的光波产生各种光学效应，如:散射、偏振、强度改变等等。通过检测光纤中光波的变化，实现对温度、压力、形变、水位等物理量的检测。近年光电子器件的迅猛发展，特别是半导体激光器、波分复用和光耦合技术、光电信号的探测与处理等等技术的发展，使光纤用来做分布式传感器系统成为了现实。
[0003]布里渊光纤传感器利用探测光源向光纤中发射的脉冲光产生布里渊散射谱，理想的布里渊谱符合洛伦兹曲线分布，因此传统方法利用单个的洛伦兹曲线对布里渊谱进行拟合，获得布里渊频移。由于光纤中含有不同杂质等因素的影响，实际中生产的许多单模光纤的布里渊谱出现多峰的现象，无法用单个洛伦兹曲线进行准确描述。对不规则布里渊谱使用多个洛伦兹曲线叠加进行拟合，得到的频移曲线依然有较大波动，不能准确反映光纤布里渊频移的真实值；另外，曲线拟合的方法基于最小二乘法的原理，需要不断调整曲线的参数，使之与布里渊谱的差相对较小，该过程耗时较大，信号处理的速度慢。如何解决现有技术的不足已成为现有光纤传感【技术领域】的一大难题。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提出用于准确测量布里渊谱的频移的最大相似匹配分析方法，预先获得光纤在未受应力和温度状态下的原始布里渊谱作为参考谱，逐渐移动实际测量时测量谱并比较其与参考谱的形状，利用相关系数描述两者的相似程度；当相关系数取最大值时，测量谱的移动值即为实际的频移改变值。该方法准确获得了布里渊谱的频移改变值并且减少了测量时间。
[0005]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
[0006]根据本发明提出的用于准确测量布里渊谱的频移的最大相似匹配分析方法，预先测量光纤在未受应力和温度状态下的原始布里渊谱作为参考谱，将实际测量得到的布里渊谱作为测量谱，逐渐移动测量谱并比较其与截取的部分参考谱的形状，利用相关系数描述两者的形状相似程度，当相关系数取最大值时，测量谱的移动值即为实际的频移改变值。
[0007]作为本发明的用于准确测量布里渊谱的频移的最大相似匹配分析方法的进一步优化的方案，具体包括以下步骤:
[0008]步骤一、在光纤未受应力和温度改变的情况下，布里渊光纤传感器测量光纤的布里渊信号，得到的布里渊谱作为参考谱为{G(f0+mF0) |m = 0, I,...，M_1}，其中f0为参考谱的扫频的初始频率，M为参考谱的扫频的总数，F0为参考谱的扫频间隔；
[0009]步骤二、将实际测量得到的布里渊谱作为测量谱，测量谱为{g(f+n.F(η) |η =
O,1，...，N-1}，其中f为实际测量时扫频的初始频率，N为实际测量时扫描的频率总数，F(η)为实际测量的扫频间隔，应为参考谱的扫频间隔Ftl的整数倍，对于不同的扫频次数，它可以取相同或不同的值，测量谱的扫频范围在参考谱的扫频范围之内；
[0010]步骤三、移动测量谱的位置，使该测量谱的初始频率对应于参考谱的某一频率fj，从参考谱中按照测量谱的扫频点截取部分参考谱，将A作为截取的部分参考谱的初始频率，截取的部分参考谱为{G(fj+n-F(II)) In = 0，1，...，Ν-1}；
[0011]步骤四、将步骤三中截取的部分参考谱与测量谱按照如下公式进行计算得到相关系数C(fj):
【权利要求】
1.用于准确测量布里渊谱的频移的最大相似匹配分析方法，其特征在于，预先测量光纤在未受应力和温度状态下的原始布里渊谱作为参考谱，将实际测量得到的布里渊谱作为测量谱，逐渐移动测量谱并比较其与截取的部分参考谱的形状，利用相关系数描述两者的形状相似程度，当相关系数取最大值时，测量谱的移动值即为实际的频移改变值。
2.根据权利要求1所述的用于准确测量布里渊谱的频移的最大相似匹配分析方法，其特征在于，具体包括以下步骤: 步骤一、在光纤未受应力和温度改变的情况下，布里渊光纤传感器测量光纤的布里渊信号，得到的布里渊谱作为参考谱为{G(f0+mF0) |m = O，1，...，M-1}，其中f0为参考谱的扫频的初始频率，M为参考谱的扫频的总数，F0为参考谱的扫频间隔； 步骤二、将实际测量得到的布里渊谱作为测量谱，测量谱为{g(f+n*F(n) In =O,1，...，N-1}，其中f为实际测量时扫频的初始频率，N为实际测量时扫描的频率总数，F(η)为实际测量的扫频间隔，应为参考谱的扫频间隔Ftl的整数倍，对于不同的扫频次数，它可以取相同或不同的值，测量谱的扫频范围在参考谱的扫频范围之内； 步骤三、移动测量谱的位置，使该测量谱的初始频率对应于参考谱的某一频率fp从参考谱中按照测量谱的扫频点截取部分参考谱，将&作为截取的部分参考谱的初始频率，截取的部分参考谱为{G(fj+n.F(n)) |n = O，1，...，N_l}； 步骤四、将步骤三中截取的部分参考谱与测量谱按照如下公式进行计算得到相关系数C(fj):
3.根据权利要求2所述的用于准确测量布里渊谱的频移的最大相似匹配分析方法，其特征在于，所述步骤一中测量参考谱为进行测量次数大于等于1000次后取平均值得到的参考谱。
【文档编号】G01D5/32GK103968864SQ201410167156
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月23日 优先权日:2014年4月23日
【发明者】王峰, 张旭苹, 詹伟伟 申请人:南京大学