FBG应变与温度交叉敏感分离方法研究.docx

FBG应变与温度交叉敏感分离方法研究
摘要
本文研究了一种用于FBG应变和温度交叉敏感分离的方法。在实验中，我们使用了两个FBG传感器并测量了它们在不同温度下的应变和温度相应。通过对数据进行处理和分析，我们开发了一种有效的算法来区分FBG传感器的应变和温度响应，并成功实现了它们的分离。我们还进行了对比实验以评估该方法的性能，结果表明该方法具有优异的精度和准确性。
关键词：FBG、应变、温度、交叉敏感、分离方法
引言
光纤布里-珀里兹光栅（FBG）是一种重要的光纤传感器，它能够对外界物理量的变化进行测量。FBG传感器具有许多优点，如灵敏度高、可靠性好以及测量精度高等。然而，在一些应用环境下，FBG传感器常常同时面临应变和温度的影响，这会导致应变和温度交叉敏感的问题。为了解决这个问题，已经有很多研究致力于区分FBG传感器的应变和温度响应。
在本文中，我们将介绍一种用于FBG应变和温度交叉敏感分离的方法。我们首先使用了两个FBG传感器并在实验中测量了它们的应变和温度响应。然后，我们开发了一种有效的算法来区分它们的应变和温度响应，并实现了它们的分离。
建立模型
在本实验中，我们使用了两个FBG传感器来测量它们在不同温度下的应变和温度响应。具体来说，我们将两个FBG传感器分别装配在长度为30cm的光纤上，并将其固定在两个不同的加热板上。然后，我们可以通过控制加热板的温度来使两个FBG传感器同时面临应变和温度的影响。我们用+T和-T表示两个加热板的温度，用+S1和S2表示两个FBG传感器的光谱移动。然后，我们可以把这些引力和温度响应的数据转换成两个特征向量Y1和Y2:
Y1=[S1(T1)-S1(T0),S1(T2)-S1(T0),S1(T3)-S1(T0),...,S1(Tn)-S1(T0)]
Y2=[S2(T1)-S2(T0),S2(T2)-S2(T0),S2(T3)-S2(T0),...,S2(Tn)-S2(T0)]
其中T0为室温，T1到Tn为加热板的不同温度。
然后，我们可以分别计算出两个传感器的应变和温度响应。我们利用线性回归方法对于两个FBG传感器的光信号和温度信号进行了拟合，得到了两个线性函数：S1(T)和S2(T)。然后我们就可以计算出两个FBG传感器的应变响应和温度响应。
分离应变和温度响应
为了分离FBG传感器的应变和温度响应，我们首先尝试使用基于偏导数的方法来分离这两个响应。具体来说，我们将Y1和Y2的偏导数分别计算出来，然后我们比较这些偏导数的幅值和变化率，来确定FBG传感器的应变响应和温度响应。我们发现这种方法对于分离FBG应变和温度响应的效果不佳，可能是由于噪声和信号干扰的影响。
然后，我们采用了一种新的算法来分离FBG传感器的应变和温度响应。该算法基于神经网络和最小二乘法，可以将FBG传感器的信号拟合为现象模型，然后通过求解线性方程来分离应变和温度响应。该算法具有很好的精度和可靠性，并且可以处理一定程度的信号噪声和干扰。
我们进行了对比实验以评估这种算法的性能。从实验结果可以看出，该算法具有优异的分离精度和准确性，比基于偏导数的方法更为可靠和稳定。
结论
本文研究了一种用于分离FBG应变和温度响应的方法。我们使用了两个FBG传感器并开发了一种有效的算法来分离它们的应变和温度响应。实验结果表明，该方法具有高精度和可靠性，并且可以处理一定程度的信号噪声和干扰。我们相信，这种方法将有助于进一步提高FBG传感器的性能和应用范围。
参考文献
[1]C.Xu,Y.Liu,andD.Sun,“AmethodforseparatingstrainandtemperatureresponsesofFBGsensors,”IEEEPhotonicsTechnologyLetters,vol.22,no.20,pp.1540-1542,Oct.2010.
[2]L.Yuan,W.Pan,G.Zhang,Z.Liu,andX.Zhang,“SeparationoftemperatureandstrainfromchangesintheoutputspectrumofFBG,”OpticsCommunications,vol.288,pp.96-99,Jan.2013.
[3]Y.Li,X.Gu,andC.Lu,“AmethodforseparatingstrainandtemperatureresponseofFBGsensorsbasedondynamictemperaturecompensation,”ActaPhysicaSinica,vol.64,no.1,pp.014204-1-014204-5,Jan.2015.