专利名称：光纤布拉格光栅快速光谱反演解调温度场方法
光纤布拉格光栅快速光谱反演解调温度场方法技术领域
本发明述及一种光纤布拉格光栅快速光谱反演解调温度场方法，特别涉及一种用 于快速解调光纤布拉格光栅轴向非均勻温度场的算法，属于光谱反演领域。
背景技术：
近年来，光纤布拉格光栅(FBG)在准分布式传感领域的应用得到了广泛的关注，通 过将多个FBG串联起来可以实现长距离的准分布式传感，用于监测桥梁，建筑，油田，大坝 等分布式温度和应变。
FBG可以用于短距离，高空间分辨率的分布式传感。单个FBG传感器在均勻温度或 应变场中，其反射谱中心波长随着温度或应变线性漂移，只需简单地通过测量中心波长来 计算出温度或应变。但FBG在非均勻温度场或应变场中，其反射光谱有很大的不同，出现多 峰和光谱展宽，需要通过光谱来解调出温度或应力场。这是一件非常棘手的反问题。常见 的做法是利用各种光谱反演算法包括遗传算法，模拟退火，进化规划等启发式算法来求解 反问题。但是这些算法一开始大都用于光栅滤波器的设计，对时间并不敏感，往往需要大于 一分钟的计算时间，因而在实时分布式测量中有较大的局限性。一种方法事先假定非均勻 场分布是二次多项式形式，利用改进的模拟退火算法来优化该多项式的待定系数，从而得 到非均勻场分布，这种方法具有较快的计算速度，但是在实际应用中存在局限性，因为实际 应用中非均勻场的分布是任意的。发明内容
本发明的目的在于解决快速解调施加于光纤布拉格光栅轴向非均勻温度场问题， 提供一种光纤布拉格光栅快速光谱反演解调温度场方法，克服了传统光栅反演算法耗时多 的问题，具有简单实用，可以对非均勻温度场进行快速，高分辨率实时监测的特点。
为达到上述目的，本发明采用下述光纤布拉格光栅快速光谱反演解调温度场方 法，包括以下步骤(1)测取光纤布拉格光栅测量分布式温度场后的反射谱；(2)参数初始化以及利用实际光栅反射谱计算初始温度场；(3)利用传输矩阵计算出反演光谱，并根据误差函数计算出反演光谱和实际光谱 之间的差异；(4)如果误差函数的值小于等于预设值或者迭代次数大于等于预设值，算法结 束，得到反演温度场，否则重复步骤(5)和(3)；(5)迭代次数增加，并且利用相关单粒子算法更新温度场分布。
上述利用实际光栅反射谱计算初始温度场的方法为扫描光谱反射谱，得到反射 率大于设定值的最少波长和最大波长，对应得到初始最小温度和最大温度，那么初始温度 场即为最小温度到最大温度的线性分布场。
上述误差函数为
权利要求
1.一种光纤布拉格光栅快速光谱反演解调温度场方法，其特征在于，包括以下步骤a.测取光纤布拉格光栅测量分布式温度场后的反射谱；b.参数初始化以及利用实际光栅反射谱计算初始温度场；c.利用传输矩阵计算出反演光谱，并根据误差函数计算出反演光谱和实际光谱之间的差异；d.如果误差函数的值小于等于预设值或者迭代次数大于等于预设值，算法结束，得到 反演温度场，否则重复步骤e和c ；e.迭代次数增加，并且利用相关单粒子算法更新温度场分布。
2.根据权利要求1所述的光纤布拉格光栅快速光谱反演解调温度场方法，其特征在于 所述步骤b中利用实际光栅反射谱计算初始温度场的方法为扫描光谱反射谱，得到反射 率大于设定值的最少波长和最大波长，对应得到初始最小温度和最大温度，那么初始温度 场即为最小温度到最大温度的线性分布场。
3.根据权利要求1所述的光纤布拉格光栅快速光谱反演解调温度场方法，其特征在于 所述步骤c中的误差函数为
4.根据权利要求1所述的光纤布拉格光栅快速光谱反演解调温度场方法，其特征在于 所述步骤e中的相关单粒子算法更新温度场分布方法为广是温度场分布，在相关单粒子 算法中称为单粒子的位置；定义弋为迭代后具有使反演光谱最接近实际光谱的最优温度 场分布，称之为单粒子的最佳位置；定义广…，vj为单粒子的速度；温度场中第i段 的温度/^"(i)与之前几次迭代所得到的最优解弋(i)有较大的相关性，并且和相邻段也有 一定的相关性；所以温度场更新方法，暨粒子位置更新方法为
全文摘要
本发明涉及一种光纤布拉格光栅快速光谱反演解调温度场方法。该反演算法结合传输矩阵方法和相关单粒子算法，通过多次迭代使得反演得到的光纤光栅光谱逼近实际的光谱，从而找到最优解，对应的温度场就是实际温度场分布。其搜索方法是温度场中每一段的温度与之前几次迭代所得到的最优解有较大的相关性，并且和相邻段也有一定的相关性。本发明克服了传统光栅反演算法耗时多的问题，可以用于快速解调施加于光栅轴向非均匀温度场，方法简单实用，可以对非均匀温度场进行快速，高分辨率实时监测。
文档编号G01K11/32GK102032954SQ201010608639
公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者丁丁, 丁悦通, 王廷云, 陈娜, 陈少峰, 陈振宜 申请人:上海大学