用于准确测量布里渊谱的频移的最大相似匹配分析方法

摘要

本发明公开了一种用于准确测量布里渊谱频移的最大相似匹配分析方法，预先测得光纤在未受应力和温度状态下的原始布里渊谱作为参考谱，将实际测量得到的布里渊谱作为测量谱，逐渐移动测量谱并比较其与截取的部分参考谱的形状，利用相关系数描述两者的相似程度，当计算出的相关系数最大时，此时测量谱的移动值即为此时光纤布里渊频移的改变值。使用本发明分析方法可更加准确测量最终的频移值，使测量的结果更加精确；克服了洛伦兹拟合只能在布里渊谱为单峰时有效的缺点，同时该方法运算简单，简化了数据分析的难度，测量时扫频较窄，频谱采样步进较小，减少了测量的时间。

主权项

用于准确测量布里渊谱的频移的最大相似匹配分析方法，其特征在于，预先测量光纤在未受应力和温度状态下的原始布里渊谱作为参考谱，将实际测量得到的布里渊谱作为测量谱，逐渐移动测量谱并比较其与截取的部分参考谱的形状，利用相关系数描述两者的形状相似程度，当相关系数取最大值时，测量谱的移动值即为实际的频移改变值；具体包括以下步骤：步骤一、在光纤未受应力和温度改变的情况下，布里渊光纤传感器测量光纤的布里渊信号，得到的布里渊谱作为参考谱为{G(f₀+mF₀)|m＝0,1,...,M‑1}，其中f₀为参考谱的扫频的初始频率，M为参考谱的扫频的总数，F₀为参考谱的扫频间隔；步骤二、将实际测量得到的布里渊谱作为测量谱，测量谱为{g(f+n·F(n)|n＝0,1,...,N‑1}，其中f为实际测量时扫频的初始频率，N为实际测量时扫描的频率总数，F(n)为实际测量的扫频间隔，应为参考谱的扫频间隔F₀的整数倍，对于不同的扫频次数，它可以取相同或不同的值，测量谱的扫频范围在参考谱的扫频范围之内；步骤三、移动测量谱的位置，使该测量谱的初始频率对应于参考谱的某一频率f_j，从参考谱中按照测量谱的扫频点截取部分参考谱，将f_j作为截取的部分参考谱的初始频率，截取的部分参考谱为{G(f_j+n·F(n))|n＝0,1,...,N‑1}；步骤四、将步骤三中截取的部分参考谱与测量谱按照如下公式进行计算得到相关系数C(f_j)：$C\left(f_j\right)=\frac{\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}\left(G_j\right(f_i)-\overline{G_j})\left(g\right(f_i)-\bar{g})}{\{{\left(\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}{\left(G_j\left(f_i\right)-\overline{G_j}\right)}^2\right(\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}{\left(g\left(f_i\right)-\bar{g}\right)}^2\left)\right\}}^{1/2}}$其中f_i为截取的部分参考谱中的某一频率，G_j(f_i)为初始频率为f_j的截取的部分参考谱在频率f_i位置处的值，g(f_i)为测量谱在频率f_i位置处的值，其中和分别为截取的部分参考谱和测量谱的平均值；步骤五、改变截取的部分参考谱的初始频率f_j，截取不同的参考谱部分，并依次计算其与测量谱的相关系数，当相关系数为最大时，此时测量谱的移动值即为此时光纤布里渊频移的改变值f_BS，$f_{BS}=f-\underset{f_j}{\arg }\max C\left(f_j\right).$