面向光纤光栅传感线性拟合度的PSO-GPR算法

【目的】为了提高光纤布拉格光栅(FBG)传感系统中反射光谱中心波长与外部环境变量之间的线性拟合度,文章提出了使用粒子群优化的高斯过程回归模型应用于FBG应力传感领域。【方法】针对FBG的反射光谱特性,文章研究了对于FBG传感系统在光谱拟合中线性拟合度的影响,通过粒子群算法去寻找高斯过程回归模型中的最优超参数以提升对反射光谱中心波长的预测性能。文章搭建了FBG应力传感实验平台,将FBG铺设在强度梁上,在等强度梁一端施加不同重量的砝码对FBG产生轴向应变,通过光谱仪采集反射光谱数据并使用文章所提模型进行线性拟合分析处理,将未优化的高斯过程回归模型、最大值法、高斯拟合法和质心法得到的结果作为对照组。【结果】结果表明,在掺铒光纤放大器输出功率为10 dBm、传输光纤距离为50 m、光谱仪采样点个数为501的条件下,反射光谱中心波长与砝码重量之间的线性拟合度均优于对照组,文章所提模型的线性拟合度最高能达到0.9519,相较于对照组均有所提升。在501、251、167和126点的光谱采样点条件下,文章所提模型能将系统的线性拟合度提升到0.9900,相较于最大值法最大提升了0.2587。【结论】分析结果表明,使用粒子群优化的高斯过程回归模型能够有效提高FBG应力传感系统的线性拟合度。

基于微波光子滤波器射频强度的叶绿素检测研究

叶绿素的检测和监测在植物生理、水质状况、农业管理和生态系统健康等方面具有重要意义。笔者设计了一种基于微波光子滤波器(MPF)射频强度的叶绿素检测系统,该系统利用叶绿素质量浓度变化导致光纤端面反射率发生变化的原理,根据射频强度与叶绿素质量浓度之间的关系,实现对叶绿素的检测。该系统具有体积小、抗干扰能力强的特点,而且可以实现长距离检测。在该系统中,宽谱光源、微波信号源、掺铒光纤放大器、电光调制器、隔离器、光耦合器、光电探测器、频谱仪、光纤等构成了迈克耳孙干涉仪结构的微波光子滤波器。提取不同蔬菜的叶绿素溶液,采用该系统对叶绿素溶液进行检测,验证了其在植物叶绿素检测方面的可行性。采用该系统检测了叶绿素实验原液以及由叶绿素标准溶液配制的不同质量浓度梯度的叶绿素溶液,验证了射频强度与叶绿素质量浓度之间存在较好的线性关系,其中最大射频强度与叶绿素质量浓度的线性拟合度(R2)达到了0.9741,灵敏度为0.007881 d B/(μg·L^(-1)),最小射频强度与叶绿素质量浓度的线性拟合度达到了0.9841,灵敏度为0.02258 d B/(μg·L^(-1))。上述实验结果表明该系统在高质量浓度叶绿素和低质量浓度叶绿素情况下均具有较好的传感性能。