引用本文:

刘雁飞,李志斌. 基于人工蜂群优化算法的光谱形复用技术[J]. 光通信技术,2021,45(1):52-57.

基于人工蜂群优化算法的光谱形复用技术

刘雁飞,李志斌

(上海电力大学 自动化工程学院,上海200090)

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摘要:光纤布喇光栅(FBG)在构成大型传感网络时,由于光源带宽有限会出现光谱重叠的问题。提出了一种人工蜂群(ABC)算法及改进ABC(IABC)算法的解调技术,结合谱形复用技术与IABC算法对光谱重叠中的各个光栅的波长进行识别,并对多个FBG传感系统进行实验仿真与分析。实验结果表明:IABC算法在多FBG传感复用系统中的解调误差不超过3.6 pm,解调时间不超过7 s,温度测量精度达0.5 ℃,解决了多个FBG传感网络部分重叠和完全重叠问题。

关键词:光纤布喇格光栅;传感网络;光谱重叠;解调算法;改进人工蜂群算法

中图分类号:TN929.11  文献标志码:文章编号:1002-5561(2021)01-0052-06

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.01.011

0 引言
       光纤布喇格光栅(FBG)传感器具有抗电磁干扰能力强、精度高和性价比高的优点,被应用在航空、电力和化工等领域;同时,FBG在准分布式温度、应变等测量领域也有广泛的应用前景。FBG传感器形成的传感网络可以实现多点同时测量。FBG具有不同的复用方式,包括时分复用、空分复用等类型,满足了不同场景下的应用需求。其它复用方式与波分复用相比,传感系统的复杂性增加,而采用最简单的波分复用方式时,要求FBG光谱间不发生相互重叠(光源带宽有限),FBG的复用数目受到限制。FBG谱形复用原理是通过识别光谱形状信息来对光谱进行解调,利用时允许光谱发生重叠,使其复用数量成倍增长。解调算法是实现谱形复用的关键,目前常结合优化算法对其进行解调。为了提高解调的准确性,许多学者采用了不同的优化改进算法。文献[6]采用遗传算法用于提高波分复用传感器网络中FBG传感器的性能。文献[7]通过模拟退火算法对波分复用进行处理,使得FBG波长识别精度达到更高的要求。Liu D等人[8]为了解决光谱重叠的问题,将改进的差分算法引入到FBG串联传感网络中解决了串扰问题。但上述研究仅局限于2个FBG构成的传感网络。

4 结束语
       文就FBG传感网络重叠光谱解调问题提出了一种基于ABC算法及IABC算法的解调技术,通过构造并求解FBG传感网络解调模型得到各FBG中心波长。实验实际测量的光谱并非呈现理想高斯谱形,将其与高斯光谱数值仿真进行比较,进一步验证所提算法可行性。根据ABC算法与IABC算法的仿真分析结果可知,IABC算法采用多维搜索的方式实现重叠光谱的解调,容易得到全局最优解,同时收敛效率更高,相对于ABC算法具有一定的优势。 实验结果表明:IABC算法可以对重叠光谱进行快速、精确解调,解调时间不超过7 s,解调误差不超过3.6 pm,温度测量精度达±0.5 ℃,考虑到光谱仪的精度为0.01 nm,对应的测量温度为1 ℃。因此,IABC算法具有实际意义,特别在大规模的FBG传感网络实验中,与现有算法相比具有更准确的性能解调性能,该算法对提升FBG传感网络容量、扩大FBG传感器的实际工程应用具有参考价值。