(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111153343.8 (22)申请日 2021.09.2 9 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113959587 A (43)申请公布日 2022.01.21 (73)专利权人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市咸宁西路28号 (72)发明人 陈涛　李颖捷　司金海　牛潇　 侯洵　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 专利代理师 白文佳 (51)Int.Cl. G01K 11/3206(2021.01) G06N 3/08(2006.01)G06F 30/27(2020.01) 审查员 王蕾 (54)发明名称 一种基于反演算法的光纤光栅温度传感解 调方法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于反演算法的光纤光 栅温度传感解调方法及系统， 所述方法包括以下 步骤： 获取待解调处理的光纤光栅温度传感器的 预设多个时刻的波长； 基于所述预设多个时刻的 波长， 获得光纤光栅温度传感器的响应速度曲 线； 基于所述预设多个时刻的波长， 获取各时刻 的波长随时间的变化率； 基于 反演算法建立光纤 光栅温度传感器的响应速度曲线中各时刻 的波 长和该时刻所对应的波长随时间的变化率与外 界温度之间的非线性关系； 基于所述非线性关系 及多个时刻的波长获取外界温度， 实现解调。 本 发明的方法， 能够明显提高光纤光栅温度传感器 的响应速度， 并且可以实现比光纤光栅传感器耐 温性更高的温度传感。 权利要求书2页 说明书9页 附图4页 CN 113959587 B 2022.07.12 CN 113959587 B 1.一种基于反演算法的光纤光 栅温度传感解调方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 获取待解调处理 的光纤光栅温度传感器的预设多个时刻的波长； 基于所述预设多个时 刻的波长， 获得光纤光 栅温度传感器的响应速度曲线； 基于所述预设多个时刻的波长， 获取 各时刻的波长随时间的变化 率； 基于反演算法建立光纤光栅温度传感器的响应速度曲线中各时刻的波长和该时刻所 对应的波长随时间的变化率与外界温度之 间的非线性关系； 基于所述非线性关系及多个时 刻的波长获取外界温度， 实现解调。 2.根据权利要求1所述的一种基于反演算法的光纤光栅温度传感解调方法， 其特征在 于， 所述获取待解调处理光纤光栅温度传感器的预设多个时刻的波长时， 波长采集时刻在 所述待解调处 理光纤光 栅温度传感器与外界温度达 到热平衡之前或达 到热平衡时。 3.根据权利要求1所述的一种基于反演算法的光纤光栅温度传感解调方法， 其特征在 于， 所述获取待解调处理的光纤光栅温度传感器的预设多个时刻的波长； 基于所述预设多 个时刻的波长， 获得光纤光 栅温度传感器的响应速度曲线的步骤具体包括： 将所述待解调处理光纤光栅温度传感器置于高温炉并逐渐升温； 利用光谱仪或者解调 仪采集升温过程中光纤光 栅的光谱信息； 对采集的光谱数据进行高斯拟合或三次函数拟合， 得到每 个光谱的中心波长； 基于所述每 个光谱的中心波长， 得到光纤光 栅温度传感器的响应速度曲线。 4.根据权利要求1所述的一种基于反演算法的光纤光栅温度传感解调方法， 其特征在 于， 所述基于所述预设多个时刻的波长， 获取各时刻的波长随时间的变化率的方法为梯度 法、 中点公式法、 三点 公式法、 五点 公式法、 样条函数法、 辛普森数值微分法或理查德外推算 法。 5.根据权利要求1所述的一种基于反演算法的光纤光栅温度传感解调方法， 其特征在 于， 所述反演算法为非线性自回归法时， 基于反演算法建立所述待解调处理光纤光栅温度 传感器的响应速度曲线中各时刻的波长和该时刻所对应的波长随时间的变化率与外界温 度之间的非线性关系； 基于所述非线性关系及多个时刻的波长获取外界温度， 实现解调的 步骤具体包括： 步骤1、 将采集的样本数据集分为训练集和测试集； 其中， 所述样本数据集中的每一组 样本数据按照输入输出对的模式组织， 输入数据为光纤光栅温度传感器响应速度曲线 上某 时刻的波长值及该时刻所对应的波长随时间的变化 率， 输出数据为外界温度； 步骤2、 基于非线性自回归法， 建立所述待解调处理光纤光栅温度传感器的响应速度曲 线中各样本数据时刻的波长和该样本数据时刻所对应的波长随时间的变化率与外界温度 之间的非线性关系， 构建获得第一 光纤光栅温度传感解调模型； 步骤3、 基于所述训练集对所述第一光纤光栅温度传感解调模型进行多次训练直至模 型收敛， 采用测试集测试通过后， 获得训练好的反演模型； 步骤4、 基于所述训练好的反演模型进行温度预测， 获取外界温度， 实现解调。 6.根据权利要求5所述的一种基于反演算法的光纤光栅温度传感解调方法， 其特征在 于， 所述输入数据的组合为， 预定时刻的波长值与所述预定时刻的上一时刻的波长随时间 的变化率、 预定时刻的波长值与所述预定时刻的波长随时间的变化率、 预定时刻的波长值 与所述预定时刻的下一时刻的波长随时间的变化 率。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113959587 B 27.根据权利要求5所述的一种基于反演算法的光纤光栅温度传感解调方法， 其特征在 于， 所述非线性自回归法为神经网络、 支持向量机或逻辑回归。 8.根据权利要求1所述的一种基于反演算法的光纤光栅温度传感解调方法， 其特征在 于， 所述反演算法为公式法时， 基于反演算法建立所述待解调处理光纤光栅温度传感器的 响应速度曲线中各时刻的波长和该时刻所对应的波长随时间的变化率与外界温度之间的 非线性关系； 基于所述非线性关系及多个时刻的波长获取外界温度， 实现解调的步骤具体 包括： 步骤1)、 对光纤光栅温度传感器的温度 ‑波长曲线进行标定， 结合光纤光栅温度传感器 的响应速度曲线， 得到样本数据； 步骤2)、 利用所述样本数据及公式法的基本公式建立第二光纤光栅温度反演模型； 其 中， 所述公式法的基本公式为： Tf为环境温度， T为光纤光栅温度传感器 自 身的温度， 建立模型的过程 为求解K的过程； 步骤3)、 以均方根误差作为评判标准， 对步骤2)获得的第二光纤光栅温度反演模型进 行测试， 测试通过后， 获得测试好的反演模型； 步骤4)、 基于所述测试好的反演模型进行温度预测， 获取外界温度， 实现解调。 9.根据权利要求8所述的一种基于反演算法的光纤光栅温度传感解调方法， 其特征在 于， 所述步骤1)具体包括以下步骤： 将光纤光栅温度传感器置于高温炉中并随炉升温， 每间隔50℃设置一个标定温度点， 记录标准温度传感器温度示 值与光纤光 栅温度传感器波长值； 利用记录的数据点建立温度与波长值之间的函数关系， 结合光纤光栅温度传感器的响 应速度曲线， 获得样本数据。 10.一种基于反演算法的光纤光 栅温度传感解调系统， 其特 征在于， 包括： 波长及曲线获取模块， 用于获取待解调处理 的光纤光栅温度传感器的预设多个时刻的 波长； 基于所述预设多个时刻的波长， 获得光纤光 栅温度传感器的响应速度曲线； 变化率获取模块， 用于基于所述预设多个时刻的波长， 获取各时刻的波长随时间的变 化率； 解调实现模块， 用于基于反演算法建立光纤光栅温度传感器的响应速度曲线中各时刻 的波长和该时刻所对应的波长随时间的变化率与外界温度之间的非线性关系； 基于所述 非 线性关系及多个时刻的波长获取外界温度， 实现解调。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113959587 B 3