一种提高瑞利散射多参量分布式测量精度的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108801304A(43)申请公布日2018.11.13(21)申请号201810608140.5(22)申请日2018.06.13(71)申请人武汉理工大学地址430070湖北省武汉市洪山区珞狮路122号(72)发明人童杏林潘旭张翠邓承伟郑志远(74)专利代理机构湖北武汉永嘉专利代理有限公司42102代理人张惠玲(51)Int.Cl.G01D5/353(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称一种提高瑞利散射多参量分布式测量精度的方法(57)摘要本发明公开了一种提高瑞利散射多参量分布式测量精度的方法，其包括以下步骤：通过双芯弱光栅阵列和瑞利散射结合的多参量分布式测量系统得到瑞利散射信号和弱光栅阵列信号；利用小波阈值去噪方法对所得到的两种信号进行去噪处理；采用最小均方根误差算法对瑞利散射强度解调结果进行校准补偿；首先对补偿系数进行种群初始化，利用遗传算法定义适应度函数，保留适应度较大的个体；对保留下来的优势个体进行交叉、变异得到优势子个体；通过循环上述步骤得到满足要求的最优个体，换算出补偿系数值后即可得到高精度的温度和应变分布。本发明利用新型的遗传算法得到温度和应变的最优补偿量，实现了高精度的多参量分布式测量。CN108801304ACN108801304A权利要求书1/1页1.一种提高瑞利散射多参量分布式测量精度的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：Step1，通过双芯弱光栅阵列和瑞利散射结合的多参量分布式测量系统得到瑞利散射信号和弱光栅阵列信号；Step2，利用小波阈值去噪方法对步骤Step1所得到的两种光谱数据进行去噪处理；Step3，以弱光栅阵列信号波长解调的结果作为温度的参考值，以瑞利背向散射强度解调的结果作为温度的初测值，假定存在温度补偿ΔTe；Step4，采用均方根误差σ对瑞利背向散射信号进行校准：以弱光栅阵列信号为基准，对瑞利背向散射信号求均方根误差；Step5，确定ΔTe的上下界，对种群进行初始化，随机生成M个ΔTe值，利用遗传算法，定义适应度函数，保留适应度不低于20的优势个体，将保留下来的优势个体进行交叉和变异操作，保留优势子个体；Step6，反复执行步骤Step5并记录满足预期的最优个体，得到ΔTe值后即可得到瑞利散射分布式测量校准后的温度。2.根据权利要求1所述的一种提高瑞利散射多参量分布式测量精度的方法，其特征在于，在所述步骤Step2中，根据两种光谱信号各自的特性，分别进行小波分解，对分解后每层信号设置阈值进行滤波后获得平滑的重构信号。3.根据权利要求2所述的一种气体浓度在线测量系统，其特征在于，在所述Step3和Step4中，假定存在温度补偿ΔTe，定义σ满足：公式(1)中，N为样本个数，x为每个光栅位置的精确定位，T(x)为瑞利背向散射测得的温度数值，Tw(x)为弱光栅阵列测得的温度数值。4.根据权利要求3所述的一种气体浓度在线测量系统，其特征在于，在所述步骤Step5中，根据每个光栅位置处两种光谱信号解调的温度差值，确定ΔTe的上界和下界；将满足ΔnnTe上下界的值根据需要的精度划分成2个个体，每个ΔTe值用0～2-1的二进制码代替，并随机产生M个数字串构成初始种群；定义适应度函数：依概率保留适应度不低于20的优势个体，并将保留下来的优势个体进行随机的单点交叉和单点变异操作，直到得到满足精度要求的σ值，结束循环，此时得到的ΔTe值为温度补偿值，T(x)+ΔTe为最终温度值；其中，单点交叉是指两个二进制码的随机某一位相互交叉，单点变异是指二进制码随机某一位由0变异成1。2CN108801304A说明书1/3页一种提高瑞利散射多参量分布式测量精度的方法技术领域[0001]本发明涉及光纤传感技术领域，更具体地说，涉及一种提高瑞利散射多参量分布式测量精度的方法。背景技术[0002]随着科学技术的发展和物联网应用要求的提高，光纤传感网络正在向大容量和多参量测量方向发展，基于瑞利散射的多参量分布式测量开始受到重视。受限于技术原理，基于单模光纤瑞利散射的分布式光纤传感系统的信噪比较低，测量精度较低，传感功能比较单一，难以实现对温度和应变的定量检测。[0003]目前，以弱光栅作为传感单元对多参量进行分布式测量的方法有：[0004]1、文泓桥(文泓桥等，基于弱光纤光栅阵列的分布式振动探测系统研究.中国激光.2017，44(02):0210001.)提出了一种分布式弱光纤光栅阵列振动探测系统，能够实现高灵敏度分布式动态测量。现有弱光纤光栅阵列虽然在动态振动信号测量方面可实现分布式测量，但是，对温度与应变等静态量信号还只是一种准分布式测量，并且由于光纤对温度与应变的交叉敏感温度补偿光栅与测量光栅的位置偏差等都