[發(fā)明專利]一種大變形柔性體動(dòng)態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)溫度與濕度的補(bǔ)償方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510345695.1
• 申請(qǐng)日: 2015-06-19
• 公開（公告）號(hào): CN104992225B
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧晶晶;徐彥;朱健榮;莊毅;趙金輝;張偲;孫健
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06N3/02
• 分類號(hào): G06N3/02;G01L1/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心32203
• 代理人: 馬魯晉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于降落傘、測(cè)量技術(shù)和計(jì)算機(jī)機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種大變形柔性體動(dòng)態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)溫度與濕度的補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)

隨著無(wú)線通信技術(shù)、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)以及傳感器技術(shù)的高速發(fā)展，具備感知、計(jì)算和通信能力的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展，大量的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織的方式構(gòu)成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有低功耗、自組織以及對(duì)周邊環(huán)境的智能感知能力等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、農(nóng)業(yè)種植、基地監(jiān)測(cè)等各種人力難以到達(dá)或難以長(zhǎng)期堅(jiān)守的環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程監(jiān)控。

在針對(duì)大變形柔性體的動(dòng)態(tài)測(cè)量領(lǐng)域，對(duì)布織物各點(diǎn)受力情況的動(dòng)態(tài)測(cè)量在國(guó)際上一直是一個(gè)技術(shù)難題。主要原因是由于布織物本身具有輕薄、柔軟、伸縮性大的特性，給傳感器的安裝和測(cè)量帶來(lái)了相當(dāng)大的難度；另一方面，降落傘之類的大變形柔性體工作環(huán)境一般比較惡劣，存在溫差大、抖動(dòng)與電磁波等干擾，使得對(duì)其各點(diǎn)受力情況的測(cè)量數(shù)據(jù)容易出現(xiàn)偏差,給測(cè)量結(jié)果的精度帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。因此，很有必要研究對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行智能補(bǔ)償和修正的方法。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Back Propagation)是一種單向傳播的多層前向網(wǎng)絡(luò)，在復(fù)雜的非線性系統(tǒng)中具有很好的建模能力，理論上可逼近任意非線性系統(tǒng)。目前，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已廣泛應(yīng)用于各種不同的領(lǐng)域，尤其是應(yīng)用于對(duì)測(cè)量結(jié)果的補(bǔ)償與修正。例如，山東商學(xué)院將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于補(bǔ)償超聲波聲速受溫度、濕度變化而引起的誤差。在室外工作的測(cè)距儀上,應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償方法后超聲測(cè)距的精度提高了2個(gè)數(shù)量級(jí)。南京航空航天大學(xué)將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于加速度計(jì)的誤差補(bǔ)償。經(jīng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償后,加速度計(jì)誤差補(bǔ)償后的輸出能良好地逼近其期望輸出,誤差降低了一個(gè)數(shù)量級(jí),很好地抑制了加速度計(jì)的誤差,提高了加速度計(jì)的精度。

目前針對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)的補(bǔ)償方法主要是基于傳感器的硬件補(bǔ)償方法來(lái)提高傳感器的測(cè)量精度。硬件補(bǔ)償主要是通過(guò)設(shè)計(jì)的硬件電路進(jìn)行補(bǔ)償，存在通用性差、成本高，并會(huì)帶來(lái)傳感器新的非線性因素等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種大變形柔性體動(dòng)態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)溫度與濕度的補(bǔ)償方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種大變形柔性體動(dòng)態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)溫度與濕度的補(bǔ)償方法，包括以下步驟：

步驟1：在高精度萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上，使用測(cè)量柔性織物應(yīng)力作用的應(yīng)變傳感器對(duì)被測(cè)柔性體進(jìn)行電壓-受力的標(biāo)定，獲得基準(zhǔn)電壓-受力測(cè)量曲線；所述測(cè)量柔性織物應(yīng)力作用的應(yīng)變傳感器的測(cè)量受力范圍為0～1500N，傳感器的輸出電壓范圍為0～3.3v，所述受力信息測(cè)量是指在織物上安裝傳感器后，在萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行從0到滿負(fù)載拉力實(shí)驗(yàn)，得到該傳感器/織物對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)電壓-受力曲線。

步驟2：采用測(cè)量柔性織物應(yīng)力作用的應(yīng)變傳感器對(duì)大變形柔性體工作過(guò)程中實(shí)際受力情況進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，得到采集的電壓樣本數(shù)據(jù)，并對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理；對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理所用公式為：

式中，{x'_j}為傳感器電壓采樣序列，{x_i}為遞推濾波后的電壓序列，n_k為自然數(shù)，表示取連續(xù)采樣序列的個(gè)數(shù)，i為傳感器電壓采樣序列的標(biāo)號(hào)，j為遞推濾波后的電壓序列的標(biāo)號(hào)。

步驟3：建立大變形柔性體動(dòng)態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)溫度與濕度補(bǔ)償神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；所述大變形柔性體動(dòng)態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)溫度與濕度補(bǔ)償神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為三層結(jié)構(gòu)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，包括具有三個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸入層、一個(gè)多節(jié)點(diǎn)的非線性隱含層和具有一個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸出層；

其中輸入層的輸入變量有：測(cè)量的電壓值x₁、溫度x₂、濕度x₃；其激勵(lì)函數(shù)為線性激勵(lì)函數(shù)f₁(x_m)＝x_m，其輸出值為I_m＝x_m，其中m表示輸入層節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)(m＝1,2,3)；

隱含層第l個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸入為z_l＝w_1lx₁+w_2lx₂+w_3lx₃，其激勵(lì)函數(shù)為其輸出為其中l(wèi)表示隱含層節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)n_p為訓(xùn)練樣本個(gè)數(shù)，w_ml為輸入層節(jié)點(diǎn)與隱含層之間的權(quán)值；

輸出層的輸入為其激勵(lì)函數(shù)為其輸出為補(bǔ)償后的電壓值v₁，其中w_l1為隱含層與輸出層之間的權(quán)值；