光学学报, 2020, 40 (7): 0706001, 网络出版: 2020-04-15   

基于门控循环单元网络的FBG传感网络重叠光谱的波长检测 下载: 1006次

Wavelength Detection of Overlapping Spectra in FBG Sensor Network Based on Gated Recurrent Unit Network
江灏 1,2王尤刚 1,2陈静 1,2,*黄新宇 1,2
作者单位
1 福州大学电气工程与自动化学院, 福建 福州 350108
2 福州大学电力系统与装置产业研究院, 福建 福州 350108
图 & 表

图 1. 串并联WDM光纤布拉格光栅传感网络结构

Fig. 1. Structure of series-parallel WDM fiber Bragg grating sensor network

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图 2. FBG反射光谱的重叠类型。(a)非重叠;(b)部分重叠;(c)完全重叠

Fig. 2. Overlapping types of FBG reflection spectra. (a) Non-overlapping; (b) partly-overlapping; (c) fully-overlapping

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图 3. GRU模型的波长解调架构

Fig. 3. Wavelength demodulation architecture of GRU model

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图 4. GRU网络的单元结构

Fig. 4. Unit structure of GRU network

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图 5. GRU模型的训练过程

Fig. 5. Training process of GRU model

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图 6. 三种典型的重叠光谱波长检测案例。(a)非重叠;(b)部分重叠;(c)完全重叠

Fig. 6. Three typical cases of overlapping spectral wavelength detection. (a) Non-overlapping; (b) partly-overlapping; (c) fully-overlapping

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图 7. 训练样本数对检测性能的影响

Fig. 7. Effect of training samples on detection performance

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图 8. 批次大小对检测性能的影响

Fig. 8. Effect of batch size on detection performance

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图 9. GRU隐藏单元个数对检测性能的影响

Fig. 9. Effect of numbers of GRU hidden units on detection performance

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图 10. 不同方法的RMS累积概率分布

Fig. 10. Cumulative probability distribution of RMS for different methods

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表 1典型重叠光谱的波长检测结果

Table1. Wavelength detection results of typical overlapping spectra

CaseλB1 /nmλB2 /nmWavelength interval Δλ /nmRMS /pm
Non-overlapping1550.59961551.2996-0.70000.2629
Partly-overlapping1550.89971551.0999-0.20020.4158
Fully-overlapping1551.20041551.19920.00120.6338

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表 2不同方法的性能比较

Table2. Performance comparison of different methods

MethodsTraining time /sRMS /pmCumulative probability of RMS less than 1 pmCumulative probability of RMS less than 3 pm
GRU3128.70.83250.8820.949
LS-SVR17290.01.20630.7490.968
DE1.91220.2670.887
PSO2.40370.2640.846

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江灏, 王尤刚, 陈静, 黄新宇. 基于门控循环单元网络的FBG传感网络重叠光谱的波长检测[J]. 光学学报, 2020, 40(7): 0706001. Hao Jiang, Yougang Wang, Jing Chen, Xinyu Huang. Wavelength Detection of Overlapping Spectra in FBG Sensor Network Based on Gated Recurrent Unit Network[J]. Acta Optica Sinica, 2020, 40(7): 0706001.

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