基于遗传算法的光纤光栅交叉敏感解调研究
光纤光栅传感器交叉敏感问题研究
2
+
5neff 5T
+
5+ neff 5 T
K ΕT = ΚB
1 n eff
5 2neff 5 Ε5T
+
1 +
5 2+ 5 Ε5T
+
1 n eff +
5neff 5T
×
55+Ε+
5neff ×5+ 5 Ε 5T
K Ε 为应变灵敏度, 是与光纤泊松比、弹2光系数 p e
和纤芯有效折射率 neff 及光纤光栅周期 + 有关的
v 是纤芯材
料的泊松比[8]。把上述引入的物理量代入 (5) 式, 得
到的波长移位表达式为
∃ ΚB (Ε, T ) = K Ε∃ Ε+ K T ∃T + K ΕT ∃ Ε∃T (7) 式中:
K Ε= ΚB (1-
p e) = 2
+
5n 5
eΕff +
n
eff
5+ 5Ε
K T=
ΚB (Αn+
Α+) =
系数 ΑA =
55TΕ=
1 +
5+ 5T
,
热2光系数
Αn =
1 n eff
5neff 5T
,
有效
弹2光系数p e= -
1 n eff
5neff 5Ε
,
在均匀轴向应力作用下,
光纤的有效弹2光系数也可以表示为
p e=
n
2 eff
2
[
p
12
-
(p 11+ p 12) v ]
式中: p 11 和 p 12 是光纤的弹2光系数;
用遗传算法从时延特性重构光纤光栅参数_穆柯军
文章编号:0258-7025(2007)05-0688-06用遗传算法从时延特性重构光纤光栅参数穆柯军,周晓军,任国荣,杨健君,周建华,兰 岚(电子科技大学光电信息学院,四川成都610054)摘要 提出了采用遗传算法(G A )结合传输矩阵法从需要的时延特性对光纤光栅进行参数重构的方法。
该方法以时延为目标函数,由光纤光栅参数,包括光栅长度、折射率调制、光栅周期和光栅啁啾,组成种群中的待优化的个体,经过若干代遗传得到最优结果。
用实值编码遗传算法实现了对均匀光纤光栅、啁啾光纤光栅和切趾啁啾光纤光栅参数的重构。
数值仿真结果表明该方法对光纤光栅的时延特性参数重构十分有效。
由斜率为100ps /nm ,最大时延为300ps ,中心波长为1555.2nm 的理想线性时延特性重构出切趾啁啾光纤光栅的参数。
此方法可以有效地从时延信息中提取光纤光栅参数,能够应用在利用光纤光栅时延特性的光控相控阵天线设计中。
关键词 光纤光学;参数重构;时延特性;遗传算法;传输矩阵中图分类号 T N 253 文献标识码 AReconstruction of Parameters of Fiber Gratings from Time -DelayCharacteristics Using the Genetic AlgorithmM U Ke -jun ,ZHO U Xiao -jun ,REN Guo -rong ,YANG Jian -jun ,ZHO U Jian -hua ,LAN Lan(School o f Op to -E lectronic I n formation ,University of E lectronics Science andTechnology o f China ,Chengd u ,Sichuan 610054,China )A bstract A new me tho d of parameter reconstruction fo r fiber g rating s f rom desired time -delay characteristics ispresented by genetic algo rithm (GA )in conjunc tion w ith the tr ansfer matrix method in this paper .T he objectiv e functio n in this method is time -delay of fiber g ra ting s ,and the indiv iduals of population are the parame te rs of fibe r gr atings ,including the g ra ting leng th ,refr ac tive index modulation ,gr ating pe riod a nd g rating chirp .T he optimal so lutio n is o btained through many g ene ratio ns ca lculatio n .T he real -coded genetic alg orithm is used for parame te r reconstruction of unifo rm ,chirped and apo dized fiber g rating s .Numerica l simulating results sho w that the me tho d is very effective fo r parame te r reco nstruction o f fiber g ra ting s accor ding to desired time -delay cha racteristics .A n apo dized chirped fiber gr ating is r eco nst ructed fro m an ideally linear time -delay cha racteristics w ho se slope is 100ps /nm ,max imum time -delay is 300ps and center waveleng th is 1555.2nm .T he method pro po sed can effectively obtain the parameter s of fibe r g rating s fro m time -delay figures ,and can be applied in the design o f optically co ntr olled phased -ar ray antennas based o n the time -delay char acte ristics of fibe r g rating s .Key words fiber o ptics ;parameter reconstruction ;time -delay characteristics ;genetic algo rithm ;transfer matrix 收稿日期:2006-09-29;收到修改稿日期:2007-01-05 基金项目:国防预研基金(DZ0242)资助项目。
光纤光栅传感器信号解调方法的研究
达 0.4με，动态应变可达 0.01με。 不足之处：信号光经
过多个耦合器进入匹配 FBG，导致反射回来的信号减
弱，系统信噪比降低；每对 FBG 都要一个探测器，使得
系统复杂程度增加。
透射方式的优点：信号光利用率高，分辨率高达
0.1με。 不足之处：使用多个 PZT，使得跟踪控制复杂，
系统非线性误差较大。
合器 1 进入传感 FBG，反射回来的光再经耦合器 2 分
成等强度的两束光，其中一路经边缘滤波器后探测放
大，成为滤波信号光 IF，另一路直接经过探测器放大 ，
成为参考信号光 IR。 边缘滤波器的滤波函数为：
F（λ）＝A（λ-λ0）
（3）
其中，A 为边缘滤波器的滤波曲线斜率，λ0 为 F（λ0）＝0
时的输出波长。 两路光经过除法器相除，消除光功率
度或应变发生变化时，都会引起中心波长的漂移。 也
就是说光纤光栅反射波中心波长的变化反映了外界
被测信号的变化情况。 由式（1）的微分可知，光纤光栅
中心波长的漂移量为：
ΔλB=2neffΔΛ+2ΔneffΛ
（2）
式中，ΔΛ 是光纤在外界应力作用下引起的弹性形变，
Δneff 是由光纤的弹光效应引起的变化。 通过实时检测 中心波长的偏移量，再根据 ΔΛ、Δneff 与待测 物理量之
Research in demodulation methods of FBG sensor
ZHOU Qian,NING Ti-gang (Institute of Lightwave Technology, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China)
化 ΔΦ（λB）便 可 得 到 传 感 FBG 的 波 长 漂 移 量 ΔλB，从 而得到被测量的大小。
光纤光栅传感器应变和温度交叉敏感问题
光纤光栅传感器应变和温度交叉敏感问题
1.2 光纤布拉格光栅原理 光纤布拉格光栅通常满足布拉格条件
式中，λB为Bragg波长，n为有效折射率，A为光栅周 期。 当作用于 光纤光栅的被测物理量(如温度、应力等)发 生变化时，会引起n和A的相应改变，从而导致λB的漂移; 反过来，通过检测λB的漂移。也可得知被测物理量的信息。 Bragg光纤光栅传感器的研究主要集中在温度和应力的准 分布式测量上。温度和应力的变化所引起的λB漂移可表示 为：
2.2 双参量矩阵法 双参量矩阵法是运用各种方法将温度 和应力对同一光波的影响分别作用于该光 波的不同参量上，然后推导出对应关系， 以实现应力和温度的区分测量。近年来， 有许多方法基于这一思想的交叉敏感问题 解决方案。如混合FBG/长周期光栅法、二 次谐波法、超结构光栅法等。
光纤光栅传感器应变和温度交叉敏感问题
在图1所示的光纤光栅传感器结构中，光源为宽谱光 源且有足够大的功率，以保证光栅反射信号良好的信噪比。 一般选用侧面发光二极管ELED的原因是其耦合进单模光 纤的光功率至少为50～100 µW。而当被测温度或压力加 在光纤光栅上时。由光纤光栅反射回的光信号可通过3 dB 光纤定向耦合器送到波长鉴别器或波长分析器，然后通过 光探测器进行光电转换，最后由计算机进行分析、储存， 并按用户规定的格式在计算机上显示出被测量的大小。 光纤光栅除了具备光纤传感器的全部优点外.还具有 在一根光纤内集成多个传感器复用的特点，并可实现多点 测量功能。
光纤光栅传感器应变和温度交叉敏感问题
2.4 温度(应力)补偿法 其实，目前研究较多的还是温度补偿 法。该方法主要通过某种方法或装置先将 温度扰动引起的波长漂移剔除掉，从而使 应变测量不受温度的影响。近年来，国内 外许多学者提出了关于FBG交叉敏感的问 题，主要考虑实现对温度、应变同时测量 的温度补偿方法。它们分为单FBG法和双 FBG法两大类。
光纤光栅交叉敏感问题
光纤光栅传感测量中的交叉敏感机制及其解决方案刘云启郭转运刘志国董孝义摘要交叉敏感问题是光纤光栅传感技术的固有问题，本文从理论上分析了引起交叉敏感的物理机制，较为全面地介绍了几种主要的解决方案，并对其主要特点进行了简单的分析。
关键词交叉敏感；光纤光栅传感器；同时测量The Mechanismand Solutions of Cross-sensitivity of Fiber GratingSensor MeasurementsLiu YunqiGuoZhuanyun Liu Zhiguo Dong Xiaoyi(Institute of Modern Optics ，Nankai University ，Tianjin 300071)Abstract The cross-sensitivity is the intrinsic problem of fiber grating sensors ．This paper describes the physical mechanics and several significant solutions of the cross-sensitivity ．The characteristics of the solutions are also discussed ．Key words cross-sensitivity ；fiber grating sensors ；simultaneous measurements1 引言近年来国内外纷纷开展了对光纤光栅的研究，目前光纤光栅的制作技术已经日趋成熟，在一些发达国家已经进入商品化阶段。
光纤光栅在光通信、带通滤波器、光纤激光器、光传感等领域具有广阔的应用前景，特别是在光传感方面[1]，光纤传感器由于具有不受电磁干扰、灵敏度高、重量轻、结构紧凑、成本低，适于在高温、腐蚀性或危险性环境使用等特点，在工农业生产中具有重要的地位。
光纤光栅传感器在桥梁应变测量中交叉敏感问题的研究
公路工叠与运辅 ・ Ｃ ＭＮＡＯ Ａ Ａ ＩＴＮ Ｓ １ Ｏ ＵＣ ＩＳＴ Ｄ ＤＡＯＩ Ｅ￣４ Ｍ ＩＴＮＳＮ ＲＺ Ｉ Ｕ Ｎ５ Ｓ
耿伟 霞 ，王 天 滑 ．王 亚 民－
（． １西安科 技大学 ，陕西 西安 ７ ０ ５ ；２中交通力 ，陕西 西安 ７ ０ ７ ） １０ ４ ． １０ ５
桥 等。
响．只有满足布喇格条件的光在布喇格光栅处反射
后 会 再 返 回到 原来 的方 向。 由耦 合 模 理论 （ ＭＴ ｍ Ｃ ） 可知 ．光纤 布喇 格光栅 （Ｂ Ｂａｇ Ｆ Ｇ） ｒｇ波长 为 ： Ａ ＝ ２ 式 中 ：Ａ 厂 布 喇格波 长 ； —— 光 栅周 期 ： — — 光纤 模 式 的有效 折射 率 。
ＧＥ ＮＧ Ｗ ｅ— ｉ Ｗ ＡＮＧ Ｔ ａ — ｕ Ｗ ＡＮＧ Ｙ — ｉ ｉｘａ ， ｉｎ ｈ ａ ． ａｒｎ ａ
（ ． ｉ ｎ Ｓ ｉ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｕ ｉ ｒ ｔ ，Ｘ ｎ ７ ０ ５ １ ｃ ｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｎｖ ｓ ｙ ｉ １ ０ ４，Ｃ ｉａ ． ｏ ｇ ｌ Ｓ ｉｎ ｅ Ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｅ ｅ ｐ ｅ ｔ ｒｕ ｆ Ｘ ａ ｅ ｇ ｅｉ ａ ｈｎ ；２ Ｔ ｎ —ｉ ｃ ｃ ｎ ｅ ｈ ｉ Ｄ ｖ ｌ ｍ ｎ ｏ ｐ ｏ ｅ ｃ ｏ Ｇ Ｃ ｉａ ｉ ｎ ７ ０ ７ ，Ｃ ｉａ ｈｎ ，Ｘ １ ０ ５ ｈｎ ） ａ
以其监测精度高、重复性好和长期稳定等优势 ．为
桥 梁结构 监测 提供 了 良好 的技术 手段 。 自１９ 年加 ９３ 拿 大多伦 多大学 的研究 者率 先在 卡尔 加里 的 贝丁顿 特 雷 尔 桥 上 布 置 光 纤 传 感 器进 行 桥 梁 监 测 至 今圆 ， 光纤 光栅传 感技术 已广泛 应用 于桥 梁等 重大 土木 工 程 的监测 中。 目前 国 内也 已开始在 桥 梁监测 中应 用 光纤 光栅 传感技 术 ，如海 口世纪大 桥 、巴东 长 江大
？光纤光栅传感测量中的交叉敏感研究
光纤光栅传感测量中的交叉敏感研究!吕且妮，张以谟，刘铁根，李川，陈希明，贺家李（天津大学现代光学仪器研究所光电子信息技术科学教育部重点实验室，天津!"""#$）摘要：依据%&’((光栅方程，从理论上分析了光纤光栅应变和温度双参量同时测量中引起交叉敏感的物理机理，对有交叉敏感和无交叉敏感两种情况下的误差进行了分析讨论，并给出了数学表达式)结合实验数据进行了计算，估计了忽略交叉敏感可能带来的误差，同时给出了两种情况下的误差曲线图)关键词：光纤光栅传感器；交叉敏感；误差分析中图分类号：*+$,$),-文献标识码：.文章编号："-/!0$,!#（$""$）"-0"-$10"-近年来，光纤光栅传感器的应用研究倍受关注!究其原因是，光纤光栅传感器是一种波长调制型传感器，传感过程是通过外界参量对布喇格中心波长的调制来获取信息，从而克服了强度调制型传感器必须补偿光纤连接器和耦合器损耗以及光源输出功率波动的弱点!另外，光纤光栅传感器具有不受电磁干扰、灵敏度高、重复性好、重量轻、探头尺寸小、结构紧凑、传输距离远（传感器到解调端可达几公里），适于在高温、腐蚀性或危险性环境下工作，并且多个光纤光栅串联与建筑结构制备在一起，可以实现实时监测，在波分和时分复用情况下，多个光纤光栅只需一根数据总线，就可以实现对物理量的分布式测量等!特点这些特点是其它传感元件无法比拟的!但是光纤光栅传感器对温度和应力都是敏感的，即温度、应力均能引起布喇格光栅中心波长的漂移，当光纤光栅用于传感测量时，很难区分它们分别引起的被测量量的变化，这就是交叉敏感问题!随着光纤光栅制作技术的日益成熟，交叉敏感成了制约光纤光栅传感器实用化的又一重要问题!为此拟就交叉敏感问题，从物理机制上进行探讨，并进行误差分析!!理论分析根据光纤耦合模理论，当宽带光在光纤光栅中传输时，将产生模式耦合，满足布喇格条件!%2$"344!（,）的光被反射!式中：!为光栅周期；"344为导模的有效折射率)由式（,）可知，任何使"344和!发生改变的物理过程都将引起光栅布喇格波长的漂移!对光纤光栅温度#应变传感测量，%&’((波长!%是温度$、应力"的函数，即!%（"，%）&"（"，%）!（"，%）（$）式中："&$"344)应力影响波长#%是由于弹光效应和光纤光栅周期!的伸缩引起的；温度影响波长#%是由于热光效应和热膨胀效应引起的)对式（$）利用*’567&展开式!’&"（""，%"）#（""，%"）(!$"$"8"$!$[]"%&%"，"&""$"(!$"$%("$!$[]%%&%"，"2""$%(!$$"$"$%("$$!$"$%($#$%$"$"8$#$"$"$[]%%&%"，"2""·$"$%(!$$"$"$8"$$!$"[]$%&%"，"&""（$"）$( !$$"$$$("$$!$%$("$$!$%[]$%&%"，"2""（$%）$(…（!）由式（!）可知，引起波长$!%漂移的不单单是$"、%%，还有它们的交叉项及高阶项!高阶项对波长改变的贡献随$%、$"的增大而增大!当$%、$"很大时，波长随!收稿日期：$"",0,,0,9)基金项目：国家自然科学基金（9""#$"$!）和（1//"#""$）；天津市光电子联合研究中心、天津市自然科学基金（",!9",#,,）资助项目)作者简介：吕且妮（,/99—），女，博士生)!!、!!的变化是非线性的，且已从实验上观察到!"!与!"的非线性关系［"］#当!!、!!变化范围不是很大时，（!!）#和（!!）#的高阶项与前面$项相比可以忽略，故式（$）可写为!"!（!，!）$%#!!&%!!!&%!#!!!!（%）式中：%#&$%’%#’’%$%#；%!$$%’%(’’%$%!；%##$$%#’%#%!&’%#$%#%!&%$%!%’%!&%’%!%$%!$%%#（$%’%!&’%$%!）$%%!&!式中：%#为应变灵敏度，是与光纤泊松比、弹光系数和纤芯有效折射率及光纤光栅周期有关的量；%!为温度灵敏度，是与热膨胀系数和热光系数有关的量；%!!为交叉灵敏度，是交叉敏感项的系数，即与温度、应力都有关的量)它实际上反映了在不同的应变（或温度）时，温度灵敏度（或应变灵敏度）不是一个常数，而是随着应变（或温度）的变化而变化，其大小描述了温度灵敏度（或应变灵敏度）偏离常数的程度)对于轴向应变作用时，!!$!()($!$)$时，式（%）可写成!"!（$，!）$%!!$&%#!!&%$!!$!!（*）式中：%#&（"+*+）"!；%!$（’&(）",；%$!$$%%$&!#式中：*,为有效弹光系数，*,$’#,--［*"#-)（*"#&*""）］)#；*""和*"#为弹光系数；)为光纤材料泊松比；’为光纤热膨胀系数，’$"$.$."，(为光纤热光系数［#］，($"’.’.!对温度变化范围不大时交叉敏感项系数%!!为［$］%$!$$%%$%!$（’&*）（"-*+）-#*+($%!%#+#/#+(（0）从式（0）可知，交叉敏感项系数是光栅周期的函数，它与光纤的热膨胀系数’和热光系数(有关，又与光纤的弹光系数*""、*"#和光纤材料的泊松比)有关，因此应变.温度同时作用于光纤时，波长漂移不是应变和温度单独作用时产生的波长漂移的简单迭加，还存在着力学量和热学量的相互作用#这个作用反映为交叉灵敏度，其大小刻划了这种相互作用的程度，这就是交叉敏感项的物理意义所在#实验中通过测定在不同应力（温度）情况下的温度灵敏度（应变灵敏度），交叉项的系数也就随之被确定，从而可获得温度、应力的大小#当光纤布喇格光栅（1!2）受温度和应力分别作用时，光纤光栅波长相应变化为!"!（!，!）$%#!!$"!（"-*+）!!（3）!"!（!，!）$%!!!$"!（$’(）!!（4）!误差分析光纤光栅传感测量是利用外界因素引起光栅中心反射波长的漂移，从而求得外界参量的大小#从式（$）可知，1!2对温度、应力固有的敏感性，从而限制了其实用化)解决这一问题大都基于双波长光纤光栅矩阵运算法［%］的思想)当1!2同时受外界应力和环境温度作用时，应力、温度的求解方程为!!"#式中：!$"""[]#；"$%"!%"!%#!%#[]!；#$"[]!#（5）影响温度、应力测量的因素有$个方面：波长"漂移量测量引入的误差；传感器的特征矩阵"标定引入的误差；交叉敏感及非线性引入的误差$下面分两种情况进行误差分析$!$"1!2受温度、应力同时作用，不考虑交叉项时误差分析当1!2受温度、应力同时作用，且设温度和应力引起的波长变化相互独立，在这种条件下，温度、应力的误差是由测量波长!和特征矩阵"所引起的$其数学表示式为!%+!!［"%+"］［#%+#］（"6）式中：+!!+""+"[]#；+"!%%"!%%"!%%#!%%"[]#；+#!%![]%#)!，"，#分别表示波长变化、特征矩阵、温度、应力测量量的真实值，"!，""，"#为误差值，"#矩阵的元为%!$（%"#%%#!-%#!%%"!&%%#!%%"#+%%"!%%#!）!,&,!&%""%#!-%"#%"#’%""%%#!-,&"#%"#%&"#’（%"#%%#!-%##%%"#）#,!（""）%!$（%#!%&"!-%"!%%#!&%&"!%%#!-%%#!%%"!）!,&,!&%"#%"!-%""%#!&%"#%%"!-,&"·0#%·!!!!"#"$!（""#!"!#$"!#!""#）#%"（!"）%%"!#"""$"!"""#（!#）%"%"""!"!#!"!#!"""$""#!"!"$"!&!#"#!!"!#!"""$!"!"!""#（!%）如果忽略波长测量误差，只考虑特征矩阵误差（且令!!&’%"&’"&’；("&’(&’()*#*（&%!，"；’%#，&）(%"(#(%(）［+］，则相对测量误差的最大值为*!##(&’($*"!"""#(!(""""!#(!"(""""""*·*&)#(("!#"""$#!"""#(*#*（!+）*!&&(&’($*""#"!"*,*"!#"""*,"*-"#"!#(·(#)&(("!#"""$#!"""#(*#*（!.）!/!012受温度、应力同时作用，考虑交叉项时系统误差分析当012受温度、应力同时作用，且考虑交叉项时，决定温度、应力大小的特征方程为!""!#［!"!!］［$"!$］"%（!3）式中：*表示交叉敏感项+%#"!"#"""[]#（",!"）（#!!#）（!4）则温度、应力的误差大小（忽略高阶项"&"#!#，#&"#!&，#&"$!"&’，!!&!"&’）为!$$（"!"!"""$"""!"!"）",%,%!-""!-!5,!""#!!"!"$"-!#!"""）#%"!!$!"""$!$""!",（"!""""$$""""!"#）&$%!%"（!6）!"$（""#!"!"$"!#!""",!"!#!"""$%!%!"""#!"!"）&!（""#!"!#$"!#!""#）#%"!!$""!#$!$!""#!（"!#"""#$""#"!"#）#&%!%"（"7）如果略去波长引入的误差，则相对误差最大值为*!##(&’($*"!"""#(!(""""!#(!"("!""""*·*&)#((#!#"""$"!"""#(·*#*,（*"!""""#$""""""#(）(&(("!#"""$"!"""#(（"!）(!&&(&’($*""#"!"*,*"!#"""*,"*""#"!#(·(#)&(("!#"""$"!"""#(·*#*,（*"!#"""#$""#"!"#(）(#(("!#"""$"!"""#(（""）将式（!+）、（!.）、（"!）和（""）相比较，可以看出式（"!）和式（""）中的第"项为交叉敏感引入的误差，而且随着温度、应力的增大而增大+采用文献［%］中数据，两个光栅的18’99波长分别为!!%!#77:&，!"%4+7:&；特征矩阵元分别为"!#;4/3"<&=>，""#%.+#7<&=>，"!";7/6.<&=%"，""";7/+6<&=%"/文献［#］中"!"#;"/#!?!7$.<&=（>·%"），-""5;7/."?!7$.<&=（>·%"）/利用本文中的误差公式分别计算出应力、温度误差曲线图/图中@AB 表示交叉敏感项（C8DEEAEF:EGHGIGHJ ），特征矩阵误差为!K ，图!为温度#%#7>时，应力误差曲线；图"为应变&%!777%"时温度误差曲线/图!应力误差曲线图"#$%!&’()*+,-.(/#0*((+(-图1温度误差曲线图"#$%1&’()*+,.*23*(/.’(**((4+(-由图可知，当温度、应力很大时，如果忽略交叉项作用，误差将会更大，0’8’LG［.］等用偏振0AM 光纤干涉仪测得·3"%·的实验结果，敏感项系数!!!"和!"!"分别为#"$%&"’()*（+·!"）和#!$,-.’()*（+·!"）$但对于光纤光栅传感测量中的交叉项系数的测定，尚未见报导$!结语从物理机制的角度分析了光纤光栅传感测量中引起交叉敏感产生的原因，并且给出了考虑和不考虑交叉敏感情况下的误差数学表达式$通过误差分析可知，当温度、应力很大时，必须考虑交叉敏感；当温度、应力比较小时，交叉项可以不予以考虑$对于轴向应变，交叉敏感项系数主要依靠传感长度$因此，对于光纤光栅应变仪必须考虑所用的光纤长度$而对于高阶非线性引入的误差有待进一步的分析$总之，交叉敏感问题是光纤光栅传感器的固有问题，在实际应用中必须设法加以解决$参考文献：［!］/01234，50’6(6)07894’)0’4:，;4’<0=/$;3>?1@>0A0)B1C0’84@8?1D E’(FF <?(DG <06<4’<（/HEII ）B4’0>0J(?0)?0K@0’(?3’0<［:］$LMMM NO4?46=0DO 20??，"%%!，!P（Q ）：Q!&#Q!.$［"］廖延彪$光纤光学［;］$北京：清华大学出版社，"%%%$［P ］贾宏志，李育林，忽满利，等$光纤E’(FF 光栅温度和应变的灵敏度分析及应用探讨［:］$激光杂志，!,,,，"%（Q ）：!"#!&$［&］R3;S ，T’DO(KC(3>?:2，U00G10L ，0?(>，V1<D’1K16(?146C08W006<?’(16(6)?0K@0’(?3’00BB0D?<3<16F )3(>#W(J0>06F?O B1C0’F’(?16F <06<4’<［:］$M>0D?’4620??!,,&，P%（!P ）：!%-Q #!%-X$［Q ］:16Y ，;1DO10Y 9，=O3’<CZ S 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光纤光栅应变、温度交叉敏感问题研究现状分析
变化时 ，光纤的热光效应 和热膨胀作用也会弓起反射波长的变化。反射波长变化与应变和温度的 ｝
关 系为 ：
△ ／ ＝（一 ） ｔ １ ｓ＋（ ＋ ） ， ＡＴ 式 中 ，Ｐ 、 ， ｅ 和 分 别为 光纤 的弹光 系 数 、热 膨胀系 数和 热光 系数 。
（ ２些 兰 兰
精 确获得所需 参量 ，正确评 价被 测物体状态 的保 证 。
！ 塑 笙
动是 由温度变 化引起 的 ，还是 由应 变变化 引起 的 ，对 于确切 了解被测体 的状态是至关 重要 的 。也是
３ 光栅交叉敏感问题现有解决方案分析
针对光纤 光栅 的交叉 敏感 问题 ，人们 已提 出了众 多 的解 决方案 ，分析各方 案的原理 、本质 ，可
有的很多方案仅从独立的光栅传感器角度进行分析，而未考虑实际工程应用中的具体情况 ，脱离了
与实际被测结构体 的联系。因此虽然方法众多， 但其能否解决应力、应变测量中的温度补偿问题， 还要与结构相结合 ，分析解决方案 中传感器的实际受力状态。
图 １ 各 种光 栅 应变 、温 度交 叉 敏 感 问题 解 决 方案 归 类
。 — — — — — —
三兰
Ｌ Ｊ
图 ２ 管式 温 度 补 偿 封 装 结 构 示 意 图
图 ３ 两 端 螺 杆 调 节 温度 补偿 结构 示意 图
文献【】 ５也是利用了光纤光栅在温度升高时受两端材料热膨胀作用产生压缩变形的原理 （ 如图 ４
第１卷 第２ ０ 期
２ １ 年 ６月 ０１
石 家庄铁路 职业技 术学院学报
Ｊ ＲＮ ＯＵ ＡＬＯ Ｈ 儿Ａ ＨＵ Ｎ Ｉ ＴＴ ＥＯ Ａ Ｌ ＹＴ Ｃ ＮＯ Ｏ ＦＳ Ｉ Ｚ Ａ Ｇ ＮＳ ＩｕＴ ＦＲ Ｉ ＷＡ Ｅ Ｈ Ｌ ＧＹ
光纤光栅传感系统信号解调新技术研究
文章编号:1671-637Ⅹ(2008)022*******光纤光栅传感系统信号解调新技术研究王 瑜, 乔学光, 傅海威, 禹大宽, 马 超, 张 晶(西安石油大学陕西省光电传感测井重点实验室,西安 710065)摘 要: 信号解调是光纤光栅传感系统实用化所面临的最大难题,其核心问题在于设计高分辨率、低成本的波长检测方案。
总结了光纤光栅传感信号解调的一般原理和技术难点,对常用解调方法进行了分类和归纳。
目前报道的主要解调方法是滤波法、干涉法和可调光源扫描法。
针对不同的解调方法,重点介绍了它们的工作原理及性能特点,评价了其优缺点,并分别给出了它们的实验原理图。
对目前最有应用前景的可调谐F-P滤波法进行了详细的介绍和分析,并加入了对原有方案的改进,用气体吸收池代替原来的参考光栅。
关 键 词: 光纤传感; 光纤光栅传感; 信号解调; 波长编码中图分类号: V243.1文献标识码: AN e w demodulation technologies for fiberBragg grating sensing systemW ANG Y u, QI AO Xue2guang, FU Hai2wei, Y U Da2kuan, M A Chao, ZH ANGJing(Shanxi K ey Laboratory o f Photoeletric Sensing Logging,Xi’an Petroleum Univer sity,Xi’an710065,China)Abstract: Signal dem odulation is one of the m ost com plicated problems in practical application of fiber grat2 ing sens or system,and the core issue lies in the design of a wave2length examination scheme that has higher res olution and lower cost.The general principle and the technical difficulties of the fiber grating sens or system signal dem odulation are summarized,and the comm only2used dem odulation methods are classified.The main dem odulation techniques reported currently are:filter dem odulation,interference scanning dem odulation and tunable s ource dem odulation methods.The principle of operation,characteristics and functions of the methods are discussed,their advantages and disadvantages are analyzed,typical schemes of experiments are given re2 spectively.The tunable F2P filter dem odulation method,which has the widest application prospect,is intro2 duced in detail.We made s ome im provement to the original scheme by using gas cell to replace the original reference F BG.K ey w ords: fiber sens or; Fiber Bragg G rating(F BG)sens or; signal dem odulation; wavelength encode0 引言近年来,在光纤通信迅猛发展的带动下,光纤传感器作为传感器家族中年轻的一员,以其在抗电磁收稿日期:2006210212 修回日期:2006211206基金项目:中国石油天然气集团公司应用基础研究项目(20050719);陕西省教育厅产业化培育项目(05JC23);西安市科技局信息技术专项项目(Z X05041)作者简介:王 瑜(1983-),女,陕西咸阳人,硕士,主要从事光纤传感及信号解调方面的研究。
光纤光栅传感测量中交叉敏感问题及解决方案
（ ） Ｐ ／ Ｂ 组合 法 ３Ｌ Ｇ Ｆ Ｇ
基本 原理 是 当两个 Ｆ Ｇ 和 一个 长 周光 纤 光栅 Ｂ Ｌ Ｇ组 合 之 后 ， Ｐ 的 中心 波 长 的移 动会 调 制 两 Ｐ ＬＧ 个 Ｆ Ｇ 的光 强值 ， 时 长周 期 光 纤 光 栅 的应 变 与 Ｂ 同
波长 响应 和温 度 与 波长 响应 与 光 纤 Ｂ ａ ｇ光 栅 有 ｒｇ 明显 的 区别 。即 Ｌ Ｇ 温 度 敏 感 度 远 大 于 Ｆ Ｇ， Ｐ Ｂ 应
Ｔ ２ ２ １ Ｐ １．４ 中 图 分类 号
Ｉ ｓ ｅ ａ ｄ Ｓｏ ｕ ｉ ｎｓ ｏ ｏ ｓ ｓ ｎｓ ｔｖ ｔ ｆ ｓ ｕ ｎ ｌ ｔｏ ｆＣｒ ｓ — ｅ ｉ ｉ ｉｙ ｏ
Ｆｉ ｅ ｒ ｔｎ ｎｓ ｒ Ｍ ｅ ｕ ｅ ｅ ｔ ｂ ｒ Ｇ ａ ｉ ｇ Ｓｅ ｏ ａｓ ｒ ｍ ｎ ｓ
即存在温度和应变交叉敏感 的问题 。解决温度 、 应变交叉敏感问题即实现温度和应变 的分离检测是光纤 Ｂａ ｇ ｒｇ 光栅应变传
感器得到实际应用 的重要前提ｌ 。文章从理论上分 析了引起交叉 敏感 的物 理机制 ， 为全 面地 介绍 了几种 主要的解决方 ＿ １ ］ 较 案， 并对其主要特点进 行了简单 的分析 。 关键词 光纤 Ｂ ａ ｇ ｒｇ 光栅传感器 ； 交叉敏感 ； 分离检测 ；同时测量
分 应力 和温度 所 分 别 引起 的被 测 量 量 的变 化 。 因
此在 实际 工程应 用 中必须采取 相应 的措施 ， 本文 从 交叉 敏感 问题 的物理机 制机理 出发 ， 几种 主要 的 对
其 中 ｎｆ ｅ 为有效 折 射 率 ， 为光 栅 周 期 ， 为 中心 ｆ 以 Ａ
反射波 长 。
总第 ２５ ０ 期
舰 船 电 子 工 程
光纤光栅传感器交叉敏感问题研究
Ｖ ０ ．２ Ｎ ｏ １ ８ ．５ Ｓｅ ｐ． ２ ７ ００
光 纤 光， 义君 邓
（ 电子 科 技 大学 光 电 信 息 学 院 ， 四川 成 都 ６ ０ ５ ） １ ０４
摘
要 ：交叉敏 感 问题是 光 纤光栅 传感 器在 实际应 用 中需面对 的一 个 关键 问题 。 光 纤Ｂ ａ ｇ光 从 ｒｇ
（ ｃ ｏ ｌｏ ｔ — ｅ ｔ ｏ ｉ Ｉ ｆ ｒ ｔ ｎ，Ｕｎ ｖ ｒ ｉｙ ｏ ｅ ｔ ｏ ｉ Ｓ ｈ ｏ ｆＯｐ ｏ Ｅｌ ｃ ｒ ｎ ｃ ｎ ｏ ｍａ ｉ ｏ ｉ ｅ ｓ ｔ ｆＥｌｃ ｒ ｎ ｃ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ ｉ ａ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌ ｇ ｆＣｈ ｎ ，Ｃｈ ｎ ｄ １ ０ ４，Ｃｈ ｎ ） ｅ ｇ ｕ６ ０ ５ ｉａ
结合相 对误 差表 达式和 曲线 图分 析讨论 了交叉敏 感 对测 量 带来的影 响 。 结果表 明在 温度 和应 力测 量 中随着测 量 温度或 者应 变 变化 量 的增 大 ， 忽略 交 叉敏 感项 而带 来的测 量误 差越 来越 明显 。
关键 词 ：光 纤光栅 传 感 器； 交叉敏 感 ； 灵敏度 ； 差 分析 误
ｉ ｓ ａ ｉｈｅ ｓ ｅ ｔ ｂｌｓ ｄ． Ｔｈｅ ｅ ｒ ｒ ａ ａ ｙ ｉ ｈ ｑ ｔｏｎ ｗａ ｍａ ｅ ｗｉｈ ｔ ｅ ｕａ — ｖ ｌ ｎ ｈ ｍａ ｒｘ ｒ ｏ ｎ ｌ ｓ ｓ ｏｆ ｔ ｅ ｅ ｕａ ｉ ｓ ｄ ｔ ｈ ｄ ｌｗａ ｅｅ ｇｔ ｔ ｉ ａ ｇ ｒｔ ｌ ｏ ｉｈｍ ｎｄ ｔ ｅａ ｉ ｅ ｅ ｒ ｒ ｃ ｖ ｓ ｏ ｅ ａ ｈｅ ｒ ｌｔｖ ｒ ｏ ｕｒ ｅ ｆ ｔ ｍｐｅ ａ ｕｒ ｎ ｓｒ ｉ ｒ ｂｔ ｉ ｄ ｉ ｈ ａ ｅ ｏ ｒ ｔ ｅ ａ ｄ ｔ ａｎ ｗｅ ｅ ｏ ａ ｎｅ ｎ ｔ ｅ ｃ ｓ ｆ ｃ ｏ ｓ ｓ ｎｓｔｖ ｔ ｒ ｓ — ｅ ｉｉ ｉｙ． Ｔｈｅ ｅ ｆ ｃ ｓ ｆ ｔ ｒ ｓ — ｅ ｉｉ ｉｙ ｏｎ ｔ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｆｅ ｔ ｏ ｈｅ ｃ ｏ ｓ ｓ ｎｓｔｖ ｔ ｈｅ ａ ｕ ｅ ｎ ｗｅ ｅ ｉ ｃ ｓ ｄ ｎｄ ｒ ｄ ｓ ｕｓ ｅ ａ ａ ａ ｙ ｅ ｃ ｏ ｄｉ ｇ ｔ ｈｅ ｅ ｒ ｓ ｉ ｓ ａ ｄ ｃ ｖ ａ ａ ｏ ｈｅ ｒ ｌｔｖ ｒ ｏｒ ｎ ｌ ｚ ｄ ａ ｃ ｒ ｎ Ｏ ｔ ｘｐ ｅ ｓｏｎ ｎ ｕｒ ｅ ｄｉｇｒ ｍ ｆｔ ｅ ａ ｉ ｅ ｅ ｒ ．Ｔｈｅ ｒ ｓ ｔｓ ｗｓ ｅ ｕｌ ｈｏ ｔ ａ ｔ ｅ ｅａ ｉ ｅ ｒ ｏｒ ｏ ｔ ｍｐｅ ａ ｕｒ ｏｒ ｔ ａ ｎ ｈ ｔ ｈ ｒ ｌ ｔｖ ｅ ｒ ｓ ｆ ｅ ｒｔ ｅ ｓ ｒ ｉ ｇｒ ｗ ｓｇｎ ｆｃ ｎ ｌ ｗｉｈ ｈ ｉ ｒ ａ ｅ ｏ ｉ ｉｉａ ｔｙ ｔ ｔ ｅ ｎｃ ｅ ｓ ｏｆ ｔ ｍｐｅ ａ ｕｒ ｔ ａ ｎ ｖ ｒａ ｅ ｄ ｉ ｇ ｔ ｅ ｍｅ ｓ ｅ ｎｔｏｆｔ ｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ｎｄ ｓ ｒ ｓ ｅ ｒ ｔ ｅ ｏｒｓ ｒ ｉ ａ ｉｎｃ ｕｒｎ ｈ ａ ｕｒ ｍｅ ｅ ｅ ａ ｕ ｅａ ｔ ｅ ｓ，ａｎ ｈｅｃ ｏ ｓ ｄｔ ｒ ｓ —
光纤光栅信号解调技术光纤光栅传感器复用技术
光纤光栅信号解调技术，光纤光栅传感器复用技术一．光纤光栅信号解调技术信号检测是传感系统中的关键技术之一，传感解调系统的实质是一个信息（能量）转换和传递的检测系统，它能准确、迅速地测量出信号幅度的大小并无失真地再现被测信号随时间的变化过程，待测信息（动态的或静态的）不仅要精确地测量其幅值，而且需记录和跟踪其整个变化过程。
从解调的光波信号来看，光纤光栅传感信号的解调方案包括强度解调、相位解调、频率解调、偏振解调和波长解调等。
其中，波长解调技术具有将感测的信息进行波长编码，中心波长处窄带反射，不必对光纤连接器和耦合器损耗以及光源输出功率起伏进行补偿等优点，得到了广泛应用。
如图1，在传感过程中，光源发出的光波由传输通道经连接器进入传感光栅，传感光栅在外场（主要是应力和温度）的作用下，对光波进行调制；接着，带有外场信息的调制光波被传感光栅反射（或透射），由连接器进入接收通道而被探测器接收解调并输出。
由于探测器接收的光谱包含了外场作用的信息，因而从探测器检测出的光谱分析及相关变化，即可获得外场信息的细致描述。
相比而言，基于反射式的传感解调系统比较容易实现。
图1 光纤光栅传感解调系统由上述可知，光纤光栅传感器的关键技术是测量其波长的移动。
通常测量光波长都是用光谱分析仪，包括单色仪和傅立叶变换光谱仪等。
它的波长测量范围宽，分辨率高，能测量出微小的应变量，用于分布式测量也极为简便，但它体积大，价格昂贵，一般都用于实验室中，不宜实际现场使用。
在实际应用中，还必须利用光纤光栅的优良特性，研发高灵敏度、光能利用率高、稳定性好、性价比高的新型传感解调系统取代实验室中的光谱分析仪，以用于工程结构的现场实测与监控。
目前比较典型的主要有以下几种波长移动检测方案：光谱仪和多波长计检测法，边缘滤波检测法，可调谐滤波检测法，匹配光栅检测法，波长可调谐光源解调法，CCD 分光仪检测法，非平衡M-Z 干涉仪检测法等。
1．光谱仪和多波长计检测法在光纤光栅传感系统中，对波长移位最直接的检测方法是：利用宽带光源（如 发光二极管LED ），输入光纤光栅，再用光谱仪（或多波长计）检测输出光的中心波长移位B λ∆，如图2。
光纤光栅传感器温度和应变交叉敏感问题解决方案
光纤光栅传感器温度和应变交叉敏感问题解决方案光纤光栅传感器是一种基于光纤光栅原理的传感器，可用于测量温度和应变。
然而，光纤光栅传感器的温度和应变测量存在交叉敏感问题，即测量温度时会受到应变的影响，测量应变时会受到温度的影响。
为了解决该问题，可以采取以下方案。
1.使用多个光纤光栅传感器：首先，在测量温度和应变时使用独立的光纤光栅传感器。
这样可以避免不同物理量之间的相互干扰。
温度和应变分别使用不同的光纤光栅传感器进行测量，通过合理的连接和布置，可以实现分离的测量。
2.信号处理和补偿算法：其次，在测量结果的处理方面，可以采用信号处理和补偿算法来消除温度和应变交叉敏感引起的误差。
通过记录并分析光纤光栅传感器的输出信号，可以建立温度和应变之间的关系模型，并通过补偿算法来减少误差。
这样可以在一定程度上提高测量的准确性。
3.光纤光栅材料和结构设计：此外，还可以通过优化光纤光栅的材料和结构设计来减小温度和应变交叉敏感的影响。
选择合适的光纤材料，具有低热膨胀系数和低线性应变敏感性，可以减少温度和应变对光纤的影响。
同时，合理设计光纤光栅的结构，如改变光纤直径、长度、光栅周期等参数，可以提高传感器的灵敏度和稳定性。
4.传感器的预热和稳定时间：在实际使用中，还应给传感器留出足够的预热和稳定时间。
由于温度和应变的变化通常不是瞬时的，给传感器足够的时间响应和稳定可以减小交叉敏感的影响。
通过控制预热和稳定时间，可以提高传感器的准确性和可靠性。
综上所述，光纤光栅传感器温度和应变交叉敏感问题的解决方案包括使用多个光纤光栅传感器、信号处理和补偿算法、优化材料和结构设计以及控制预热和稳定时间。
通过采用这些方案，可以提高测量的准确性和可靠性，从而满足实际应用需求。
光纤bragg光栅应变、温度交叉敏感问题解决方案
光纤bragg光栅应变、温度交叉敏感问题解决方案光纤Bragg光栅是一种利用光纤中的布拉格衍射效应来实现应变和温度测量的传感器。
然而，在实际应用中，由于光纤Bragg光栅的应变和温度交叉敏感问题，常常导致测量结果的不准确和误判。
为了解决这一问题，人们不断进行研究和探索，提出了一系列的解决方案。
本文将介绍几种常见的解决方案，并对其优缺点进行评述。
一、优化光纤布拉格光栅传感器的设计传统的光纤Bragg光栅传感器通常采用单螺旋式布置的光纤，使得光纤在应变和温度作用下出现交叉响应。
为了解决这一问题，一种常见的解决方案是使用双螺旋式布置的光纤，通过对两个光栅信号进行差分处理，消除应变和温度的交叉响应。
这种方案可以有效提高测量的精度和准确性，但由于需要增加光纤的布置和信号处理的复杂性，成本较高。
二、引入额外的温度补偿方法另一种常见的解决方案是引入额外的温度补偿方法，通过对温度进行实时测量，并将测得的温度值作为修正因子，减小温度对应变测量的影响。
例如，可以通过在光纤附近布置温度传感器，并将其与光纤Bragg光栅传感器的测量信号进行比较，从而得到温度修正因子。
这种方法可以在一定程度上消除温度的交叉响应，提高应变测量的准确性，但需要增加额外的传感器和信号处理的复杂度。
三、采用多路光纤布拉格光栅传感器系统为了解决光纤Bragg光栅传感器应变和温度交叉敏感问题，人们提出了采用多路光纤布拉格光栅传感器系统的方案。
具体来说，可以在同一根光纤上布置多个Bragg光栅，每个Bragg光栅对应不同的应变或温度区域。
通过对这些光栅信号的测量和分析，可以得到更准确的应变和温度信息。
这种方案可以有效解决应变和温度交叉敏感问题，提高测量的精度和准确性。
然而，由于需要对多路光栅信号进行同时处理和分析，对信号处理的要求较高。
四、基于信号处理算法的解决方案为了进一步提高光纤Bragg光栅传感器的测量精度和准确性，研究者们开始探索基于信号处理算法的解决方案。
光纤光栅传感器的调制解调技术
光纤光栅传感器的调制解调技术光纤光栅传感器（Fiber Bragg Grating Sensor，FBG）是一种基于光纤技术的传感器，凭借其卓越的灵敏度、抗电磁干扰能力以及体积小巧的特点，广泛应用于温度、压力和应变等物理量的检测。
光纤光栅的工作原理基于布拉格反射（Bragg Reflection），通过改变光在光纤中的传播特性，实现对外界刺激的响应。
在此基础上，调制解调技术为光纤光栅传感器的信号处理提供了强有力的支持，保证了数据的准确性和可靠性。
1、光纤光栅的基本概念光纤光栅是一种周期性折射率变化的光纤结构，其核心在于对特定波长的光起到反射作用。
当光纤受到外部物理量的变化，如温度升高或压力增大时，光纤光栅的波长会相应发生变化。
这种波长的变化可以通过调制解调技术加以提取，从而获得相关的物理量信息。
2、调制技术光纤光栅传感器中常用的调制技术有相位调制、幅度调制和频率调制等。
其中，幅度调制是最为常见的方式，通过改变信号的振幅来传递信息。
在DK-3716-F050-P光纤光栅传感器的应用中，幅度调制主要体现在将外部物理量变化所导致的反射波长变化信息转化为电信号。
相位调制在光纤光栅传感器中的应用则依赖于光干涉原理，能够有效提高传感器的灵敏度。
这种调制方法适用于对微小变化的高精度测量，例如在结构健康监测中对微小裂缝或变形的检测。
随着技术的发展，频率调制方法逐渐受到重视，这种技术通过改变信号的频率来实现信息的传递，能够在噪声环境下提供更高的抗干扰能力。
3、解调技术解调技术是光纤光栅传感器中必不可少的一环，其主要任务是将调制后的信号转换回可读的物理量。
解调技术的实现方式多种多样，主要有光谱分析法、相位检测法和时域反射法等。
光谱分析法是通过分析光信号的光谱变化来获取传感器所测量的物理量。
该方法的优势在于能够同时获取多个光纤光栅传感器的信号，并且对波长变化的分辨率非常高。
利用光谱分析法，多个光纤光栅传感器可以通过一根光纤同时进行信号探测，适用于大范围的监测需求。
光纤光栅交叉敏感问题
关于光纤光栅传感器应变和温度交叉敏感问题的研究摘要：解决光纤光栅传感器波长信号的交叉敏感问题，实现温度和应力的区分测量是光纤光栅传感器应用中的一个必须面对的问题。
文章从理论上分析了引起交叉敏感的物理机制，全面地介绍了国内外各种解决此问题方案及进展情况，并对各种方案的其主要特点进行了分析。
关键词：光纤光栅；传感；交叉敏感引言：作为传感元件，光纤光栅传感器具有抗电磁干扰、灵敏度高、重复性好、质量轻、探头尺寸小、传输距离远等优点，目前已经在航天、航海、核工业、石油开采、电力系统、医疗、科学研究等领域得到了广泛的应用。
光纤光栅传感器的传感信号为波长调制，这一传感机制使其克服了受光源起伏、光纤弯曲损耗、连接损耗和探测器老化等因素的影响。
但是光纤光栅传感器的波长信号中既包含了温度信息也包含了应变信息，如何将温度信息和应变信息分离开来是光纤光栅传感器技术中的一个关键问题。
一、基本原理根据耦合模理论可知，光纤布拉格光栅（Fibber Bragg Grating FBG）中心反射波长（Bragg 波长）为：λB=2n effΛ（1）其中n eff为导模的有效折射率，Λ为光栅周期。
由（1）式可知，光纤光栅的中心反射波长λB随n eff和Λ的改变而改变，而光纤布拉格光栅对于应变和温度都是敏感的，应变影响λB是由弹光效应和光纤光栅周期的变化引起的，温度影响λB则是由热光效应和热膨胀效应等引起的。
当应变变化∆ε和温度变化∆T 同时作用时，光纤光栅中心波长的偏移量为：∆λB = Kε∆ε + K T∆T （2）其中Kε为光纤光栅的应变灵敏度系数，是与光纤泊松比、弹光系数和纤芯有效折射率有关的常数。
K T为其温度灵敏度系数是与热膨胀系数和热光系数有关的常数。
则由式（2）可知，由于光栅 Bragg 波长对应变和温度都是敏感的，当光纤光栅用于传感测量时，单个光纤光栅本身无法分辨出应变和温度分别引起的 Bragg波长的改变，即存在着应变温度交叉敏感问题。
基于遗传算法的光纤传感网络布局优化研究
基于遗传算法的光纤传感网络布局优化研究近年来，随着光纤传感网络技术的不断发展和普及，其应用领域也越来越广泛，如工业自动化、智能城市、环境监测等。
然而，在实际应用过程中，如何合理布局光纤传感网络，以达到最佳的传感效果和成本效益，一直是一个难题。
目前，一种有效的方法是利用遗传算法对光纤传感网络进行布局优化。
遗传算法是一种模拟自然界遗传与进化过程的优化算法。
将光纤传感节点视为个体，将节点间的距离、信噪比、传感范围等属性作为基因，通过遗传操作，在适应度函数的指导下，逐代演化，最终获得最优节点布局。
在实际应用中，针对不同的光纤传感网络布局问题，需要构建相应的适应度函数。
以智能城市环境监测为例，优化目标要求覆盖范围广、精度高、成本低。
因此，在适应度函数设计上，需要考虑如下因素：1. 传感范围：节点间距越小，传感范围越小，但是可以获得更高的传感精度。
因此，在适应度函数中，需要权衡传感范围与传感精度之间的关系。
2. 覆盖范围：在光纤传感网络中，需要保证每个监测区域都有节点覆盖，同时要尽量减少节点数量和投放成本。
因此，在适应度函数中，需要考虑覆盖率和成本之间的平衡。
3. 网络稳定性：光纤传感网络的布局对其稳定性有很大影响。
在节点数量和覆盖范围相同的情况下，节点之间距离较远时，网络更加稳定，但是会影响传感精度。
因此，在适应度函数中，需要考虑节点布局的稳定性和传感精度之间的优化。
通过将以上因素纳入适应度函数中，可以构建出符合实际需求的光纤传感网络布局优化模型。
在遗传算法的优化过程中，可以调整适应度函数的权重，以达到不同优化目标的最优化结果。
最终，遗传算法优化的光纤传感网络布局方案，不仅可以在保证传感精度的同时，最大化覆盖范围和降低投入成本，还可以为城市环境监测等领域的信息化建设提供重要支撑。
总之，基于遗传算法的光纤传感网络布局优化，可为实际应用中的网络合理布局、降低成本、提高监测精度等方面提供技术保障，具有很高的实用性和推广价值。
基于遗传算法的信号处理算法优化研究
基于遗传算法的信号处理算法优化研究随着科技发展的不断进步，信号处理已经成为我们生活中日益重要的一部分。
信号处理是将信号进行分析、处理和生成的技术，它涉及到多个领域，如通信、图像、音频、生物医学等。
如何优化信号处理算法，以达到更好的性能和效率，一直是信号处理领域的热门话题。
近年来，基于遗传算法的信号处理算法优化引起了广泛关注。
一、信号处理算法优化的挑战优化信号处理算法并不是一项轻松的任务。
虽然有许多传统算法可以用于信号处理，例如傅里叶变换、小波变换等，但是这些算法存在一个共同的问题，即其性能高度依赖于输入信号的特性。
而实际上，信号往往存在较高的不确定性和噪声。
因此，通过人工方法寻找最优的参数组合变得异常困难。
此外，信号的规模和复杂度不断增加，传统算法的计算复杂度也愈加高昂。
因此，我们需要寻找一种更高效和自适应的方式，以优化信号处理算法。
二、遗传算法及其应用遗传算法是一种基于自然进化过程的搜索和优化方法，可以对大量可能性进行快速、并行的搜索。
在遗传算法中，首先通过构建初始群体来代表待优化问题的全部可能解。
然后，每个个体都被赋予一个适应性分值，以衡量其对问题的解决贡献。
接着，从适应值高的个体中产生新的后代，通过交叉、变异等操作对其基因组合进行重新组合。
如此循环迭代，直到出现最优解或满足停止条件。
遗传算法已经广泛应用于多个领域，例如机器学习、优化设计、物流等。
在信号处理领域，遗传算法可以应用于信号变换、信号的滤波和去噪等。
例如，使用遗传算法来优化深度学习模型中的权重，可以提高图像识别的准确性。
在神经网络中，连接权重可以作为基因进行编码，然后通过遗传操作来优化网络模型，提高性能和效率。
三、基于遗传算法的信号处理算法优化遗传算法已经作为一种有效的信号处理算法优化方式被广泛研究。
基于遗传算法的信号处理算法优化需要考虑多方面的问题：1. 如何构建适当的基因编码方式？不同的编码方式可以对遗传算法的搜索效果产生很大的影响。
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第４ ４卷 第 ６期
Ｖｏ１ ． ４４ ＮＯ ． ６
红 外 与 激 光 工 程
Ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ Ｌａ ｓ ｅ ｒ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
２ ０ １ ５年 ６ 月
Ｊ ｕ ｎ．２ ０１ ５
基 于 遗传 Biblioteka 法 的 光 纤 光栅 交 叉敏 感解 调 研 究
刘超 明 ， 娄 淑 琴
（ 北京 交通 大学 电子信 息工程 学院 ， 北京 １ ０ ０ ０ ４ ４ ） 摘 要 ：光 纤光栅在 现代 传 感领域 应 用广 泛 ， 但 交叉敏 感特 性严 重制 约 了其发展 。 针 对光 纤光栅 在传
感领 域 应 用 中存在 温度与 应 力交叉敏 感的 问题 ， 提 出了一 种基 于遗 传 算法 的解调 方案 ， 建 立 了遗传 算 法的 快速 解调 模 型 ， 经过 数 学分析 得 到遗 传 算 法 目标方 程 、 适 应度 函数 ， 系统讨 论 了参考 光 纤光 栅 与 传 感光栅 的反射 中心波 长不 同 、 反 射峰 值 不 同情 况下的 解调 结果 。数值研 究结 果表 明 ， 提 出的基 于遗 传 算 法 的解调 方 案 可 以有效 地 解调 出参 考 光纤 光栅 与传 感 光栅 参数 不 同情 况下 的 温度 与应 变变化 ， 有效地 区分 出温度 与应 力的 影响 ， 温度 检 测精度 为 ０ ． １ ℃， 应 力检 测精 度 为 １ ． ５ ￡ 。 打破 了传 统参 考光 纤光栅 法要 求传感 光栅 与参 考光栅 一 致 的要 求 ， 降低 了系统 的组 建难 度 。 关键 词 ：光 纤光栅 ； 交叉敏 感性 ； 遗传 算 法
中图分 类号 ： Ｔ Ｐ ２ １ ２ ． １ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ７ — ２ ２ ７ ６ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ６ — １ ８ ５ ９ — ０ ６
Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｇ ｅ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ＦＢＧ ｃ ｒ ｏ ｓ ｓ － － ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｈｂ ｅｒ Ｂ ｒ ａ ｇ ｇ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｓ（ Ｆ Ｂ Ｇｓ ）ｈ ａ ｖ ｅ ｂ ｅ ｅ ｎ ｗｉ ｄ ｅ ｌ ｙ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｍ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｎ ｇ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ，ｂ ｕ ｔ ｈｅ ｔ ｃ ｒ ｏ ｓ ｓ －