CN103344191B - 一种布里渊谱自适应分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种布里渊谱自适应分析方法，其中，包括以下步骤：步骤101：判定测试数据是否超出光纤范围；步骤102：快速计算基础布里渊谱特征值；步骤103：选定最合适的拟合函数；步骤104：选定最优拟合方法，对所述测试数据进行分析；步骤105：选定所述拟合函数对应的次级数据库中更换次级拟合方法，对所述测试数据进行分析；步骤106：选定所述拟合函数对应的最终数据库中更换最终拟合方法，对所述测试数据进行分析。采用上述方案，可以实现计算速度快、效率高；对布里渊散射谱分析快速、准确，无漏点。
Description
技术领域
本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及的是一种布里渊谱自适应分析方法。
背景技术
光纤应变传感器由于不受电磁辐射影响，能在恶劣环境下长期工作，安全、可靠、灵敏度高，在工程上的应用也越来越多，尤其是基于布里渊散射信号探测的光纤分布式传感系统，是目前分布式光纤传感的主要研究方向，由于布里渊散射谱的频移与光纤的应变呈线性关系，通过检测光纤沿线各点的布里渊频移可得到光纤的应力分布信息。正因如此，在该传感系统中，光纤应力分布测试仪是测试光纤应变分布的不可或缺的测试仪器，其对光纤沿线各点布里渊谱的分析结果也将直接影响到最终的分布式应变测试精度。
对于光纤应力分布测试仪，在进行布里渊谱分析过程中，现有的技术主要是采用基于洛伦兹曲线拟合方法，当探测光脉冲小于20ns时，由于布里渊探测光脉宽小于声子寿命，采用洛伦兹曲线拟合方法拟合的布里渊谱谱宽和中心频率误差较大，最终导致较大的应变计算误差。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种布里渊谱自适应分析方法。
本发明的技术方案如下：
一种布里渊谱自适应分析方法，其中，包括以下步骤：
步骤101：判定测试数据是否超出光纤范围，是则结束，否则执行下一步；
步骤102：快速计算所述测试数据的基础布里渊谱特征值；
步骤103：选定最合适的拟合函数；
步骤104：根据特征值与所述拟合函数，选定最优拟合方法，对所述测试数据进行分析，如计算完成则输出计算结果，分析过程结束；如计算未完成，则执行下一步
步骤105：选定所述拟合函数对应的次级数据库中更换次级拟合方法，对所述测试数据进行分析，如计算完成则输出计算结果，分析过程结束；如计算未完成，则执行下一步；
步骤106：选定所述拟合函数对应的最终数据库中更换最终拟合方法，对所述测试数据进行分析，如计算完成则输出计算结果，分析过程结束；如计算未完成，则分析过程结束。
进一步，步骤101中，所述测试数据是根据损耗阈值LT及布里渊谱测试数据进行判定。
进一步，所述损耗阈值LT根据布里渊谱测试数据的测试量程及脉冲宽度进行选择。
进一步，步骤103中，所述最合适的拟合函数是在自适应数据库中，根据测试参数选定；所述最合适的拟合函数为高斯拟合函数，或洛仑兹拟合函数；所述测试参数为对所述测试数据进行应变和/或温度测试所得的参数。
进一步，步骤104中，所述最优拟合方法为在自适应数据库中拟合函数对应的最佳数据库中选定。
进一步，步骤104中所述的拟合方法为以计算速度及计算精度为约束选定具体的拟合方法。
进一步，步骤105或步骤106中，所述选定拟合函数都在自适应数据库中进行选定。
进一步，步骤105中所述的拟合方法为以计算速度及适应性为约束选定具体的拟合方法。
进一步，步骤106中所述的拟合方法为对所述测试数据进行多点平滑处理后而进行的选定。
采用上述方案，可以实现计算速度快、效率高；对布里渊散射谱分析快速、准确，无漏点。
附图说明
图1为本发明的一种布里渊谱自适应分析方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种布里渊谱自适应分析方法，其中，包括以下步骤：
步骤101：判定测试数据是否超出光纤范围，是则结束，否则执行下一步；其中测试数据为布里渊谱测试数据；并根据损耗阈值LT及布里渊谱测试数据来判定是否超出光纤范围；
步骤102：快速计算所述测试数据的基础布里渊谱特征值所述损耗阈值LT根据布里渊谱测试数据的测试量程及脉冲宽度进行选择；
步骤103：选定最合适的拟合函数；所述最合适的拟合函数是在自适应数据库中，根据测试参数选定；所述最合适的拟合函数为高斯拟合函数，或洛仑兹拟合函数；所述测试参数为对所述测试数据进行应变和/或温度测试所得的参数；
步骤104：根据特征值与所述拟合函数，选定最优拟合方法，对所述测试数据进行分析，如计算完成则输出计算结果，分析过程结束；如计算未完成，则执行下一步；所述最优拟合方法为在自适应数据库中拟合函数对应的最佳数据库中选定；所述的最优拟合方法为以计算速度及计算精度为约束选定具体的拟合方法；
步骤105：选定所述拟合函数对应的次级数据库中更换次级拟合方法，对所述测试数据进行分析，如计算完成则输出计算结果，分析过程结束；如计算未完成，则执行下一步；所述选定拟合函数都在自适应数据库中进行选定；所述的拟合方法为以计算速度及适应性为约束选定具体的拟合方法；
步骤106：选定所述拟合函数对应的最终数据库中更换最终拟合方法，对所述测试数据进行分析，如计算完成则输出计算结果，分析过程结束；
如计算未完成，则分析过程结束。所述选定拟合函数都在自适应数据库中进行选定；所述的拟合方法为对所述测试数据进行多点平滑处理后而进行的选定。
实施例2
在上述实施例的基础上，如图1所示，本发明提供一种布里渊谱自适应分析方法，包括以下步骤：
步骤101：根据损耗阈值LT，损耗阈值LT可以根据测试量程及脉冲宽度选择，如下方所示的图表1所示，及布里渊谱测试数据D，判定布里渊谱测试数据D对应的距离点是否超出光纤长度范围，计算布里渊谱测试数据D的平均值，并与损耗阈值LT比较，如小于损耗阈值LT则超出光纤长度范围，如果超出光纤长度范围，则结束；如果不超出光纤长度范围则执行步骤102；
图表1：
步骤102：根据布里渊谱数据D，依照布里渊谱特征值计算方法快速计算基础布里渊谱测试数据的特征值；
步骤103：在自适应数据库，例如图表2所示，根据测试参数，依照拟合函数-测试参数对应表，选择最合适的拟合函数，也就是说最合适的拟合函数是在该测试参数下以精确度与计算速度、计算复杂度为最优的选择；所述最合适的拟合函数为高斯拟合函数，或洛仑兹拟合函数，或P-V曲线；所述测试参数为对所述测试数据进行应变和/或温度测试所得的参数；
图表2：
步骤104：根据所述特征值及所述拟合函数，在自适应数据库中拟合函数对应的最佳数据库中选择最优拟合方法，最佳数据库中存放了相应的拟合函数在不同的测试参数条件下运算速度最快的拟合方法，，依照最优拟合方法，对布里渊谱数据D进行拟合计算，计算布里渊谱数据D的中心频率V、谱宽参数W，成功则输出计算结果，分析过程结束；
步骤105：如果最优拟合失败，则在自适应数据库中拟合函数对应哪个的次级数据库中更换次级拟合方法，次级数据库中存放的则是相应的拟合函数在不同测试参数条件下兼顾运算速度与计算精度的拟合方法，依照次级拟合方法，对布里渊谱数据D进行拟合计算，计算其中心频率V及谱宽参数W，成功则输出计算结果，分析过程结束；
步骤106如果次级拟合失败，则在自适应数据库中拟合函数对应的最终数据库中更换最终拟合方法，最终数据库总存放的时相应的拟合函数在不同测试参数条件下容错度最高的拟合方法，依照最终拟合方法，所述的拟合方法为对所述测试数据进行多点平滑处理后而进行的选定，对布里渊谱数据D进行拟合计算，计算其中心频率V及谱宽参数W，成功则输出计算结果，分析过程结束。如果最终拟合失败，则不再进行后续计算，分析过程结束。
本发明根据不同的测试参数、对应的布里渊谱的形态及采集数据的信噪比的高低，设计了多层次的分析方案，从而达到有谱不漏，分析即准。在分析过程中，对于窄脉冲，选择高斯拟合方案，对于宽脉冲则选择洛仑兹拟合方案。选定拟合方案后，再以计算速度、计算精度为主要约束选择具体的拟合方法，如果分析结果不能满足要求，再以计算速度及适应性为主要约束，重新选择拟合方法，如果分析结果仍不能满足要求(主要因信噪比比较差导致)，则对该点的采集数据进行多点平滑处理后，再选择适应性最佳的拟合方法重新拟合。
通过上述多种分析方案和多层次拟合方法的实施，可确保在不同的信噪比情况下，布里渊谱数据分析快速、准确。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (2)
1.一种布里渊谱自适应分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤101：判定测试数据是否超出光纤范围，是则结束，否则执行下一步；所述测试数据为布里渊谱测试数据，且所述测试数据是根据损耗阈值LT及布里渊谱测试数据进行判定是否超出光纤范围；
步骤102：快速计算所述测试数据的基础布里渊谱特征值；
步骤103：选定最合适的拟合函数；所述最合适的拟合函数是在自适应数据库中，根据测试参数选定；所述最合适的拟合函数为高斯拟合函数，或洛仑兹拟合函数；所述测试参数为对所述测试数据进行应变和/或温度测试所得的参数；
步骤104：根据特征值与所述拟合函数，选定最优拟合方法，对所述测试数据进行分析，如计算完成则输出计算结果，分析过程结束；如计算未完成，则执行下一步，所述最优拟合方法为在自适应数据库中拟合函数对应的最佳数据库中选定，且所述的拟合方法为以计算速度及计算精度为约束选定具体的拟合方法；
步骤105：选定所述拟合函数对应的次级数据库中更换次级拟合方法，对所述测试数据进行分析，如计算完成则输出计算结果，分析过程结束；如计算未完成，则执行下一步，所述选定拟合函数都在自适应数据库中进行选定，且所述的拟合方法为以计算速度及适应性为约束选定具体的拟合方法；
步骤106：选定所述拟合函数对应的最终数据库中更换最终拟合方法，对所述测试数据进行分析，如计算完成则输出计算结果，分析过程结束；如计算未完成，则分析过程结束，所述的拟合方法为对所述测试数据进行多点平滑处理后而进行的选定。
2.如权利要求1所述的布里渊谱自适应分析方法，其特征在于，所述损耗阈值LT根据布里渊谱测试数据的测试量程及脉冲宽度进行选择。
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