[發(fā)明專利]多光纖光柵鋼筋腐蝕傳感器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710309102.5
• 申請日: 2017-05-04
• 公開（公告）號: CN106932337B
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發(fā)明（設計）人: 張文鋒;馬化雄;陳韜;李云飛;劉凱;楊太年;唐聰;馬悅
• 申請（專利權）人: 中交天津港灣工程研究院有限公司;中交第一航務工程局有限公司;天津港灣工程質(zhì)量檢測中心有限公司
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00
• 代理公司: 天津創(chuàng)智天誠知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王海濱

1.一種多光纖光柵鋼筋腐蝕傳感器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)波長數(shù)據(jù)預處理

鋼筋腐蝕傳感器和相應的補償傳感器構(gòu)成一個傳感器組，根據(jù)第j號補償傳感器h時間段的波長和初始時間段的波長計算補償波長，接著對腐蝕傳感器中心波長進行補償計算，然后結(jié)合腐蝕傳感器初始波長得到波長變化量，最后根據(jù)波長變化量與腐蝕率的定量關系計算h時間段的腐蝕率；波長變化量Δλ_i(h,j)及腐蝕率ρ_i(h,j)計算公式如下：

ρ_i(h,j)＝f[Δλ_i(h,j)] i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n (2)

式中，λ_i(h,j)為h時間段第j號鋼筋腐蝕傳感器的第i次中心波長的讀數(shù)值，λ_B(h，j)為h時間段相應補償傳感器的讀數(shù)，λ_B(h₀,j)為初始時間段相應補償傳感器的波長，為初始時間段第j號鋼筋腐蝕傳感器波長讀數(shù)的平均值，ρ_i(h,j)為第j號傳感器h時間段的鋼筋腐蝕率，Δλ_i(h,j)為波長變化量，f(·)為波長變化量與鋼筋腐蝕率的定量關系；

(2)異常數(shù)據(jù)的檢驗與剔除

對數(shù)據(jù)進行預處理，得到h時間段每組傳感器的m個腐蝕率ρ_i(h,j)，然后用t檢驗準則對異常數(shù)據(jù)進行檢驗和剔除；

①計算h時間段第j號鋼筋腐蝕傳感器ρ_i(h,j)的平均值

②在m個腐蝕率值中找出與平均值相比誤差最大的腐蝕率值ρ_k(h，j)作為可疑值，即

③計算不包括可疑值ρ_k(h,j)在內(nèi)的m-1個腐蝕率值的平均值以及標準誤差σ(h,j)*：

④選定顯著性水平α，計算t檢驗系數(shù)K(m,α)：

其中t_α(m-2)為顯著水平為α，自由度為m-2時的t分布臨界值；

⑤檢驗可疑值ρ_k(h,j)，當

時，確定ρ_k(h,j)異常，將其剔除，然后對剩下的m-1個采集值重復上述檢驗步驟；當上式不成立時，ρ_k(h,j)不能剔除，檢驗結(jié)束；

(3)一致性檢驗

假設n個傳感器組在h時間段剔除異常數(shù)據(jù)后所求得的平均值分別為將這些平均值作為單個傳感器組的監(jiān)測數(shù)據(jù)，定義n個傳感器組監(jiān)測數(shù)據(jù)的范數(shù)N(j)為：

將N(j)從小到大排列為N(1)，N(2),…，N(n-1),N(n)，則N(n)和N(1)分別稱為上極限值和下極限值，中位數(shù)為：

相應的上、下四分位數(shù)F_u和F_v分別為區(qū)間[M,N(n)]與[N(1),M]的中位數(shù)，四分位數(shù)極差為：

dF＝F_u-F_v (11)

若認為與中位數(shù)的距離大于γdF是為離異值，當|N(j)-M|＞γdF(j＝1,2,…，n-1,n)時N(j)是無效數(shù)據(jù)，相應的淘汰點為：

Θ_v＝M-γdF (12)

Θ_u＝M+γdF (13)

式中，γ為一致性檢驗常數(shù)，其大小視系統(tǒng)的測量誤差要求而定，在區(qū)間[Θ_v,Θ_u]內(nèi)傳感器數(shù)據(jù)被認為是有效的一致傳感器數(shù)據(jù)，將用于多傳感器數(shù)據(jù)融合；

(4)基于Bayes估計的數(shù)據(jù)融合

對經(jīng)過異常數(shù)據(jù)剔除和一致性檢驗的數(shù)據(jù)進行Bayes數(shù)據(jù)融合，得到相應的腐蝕率融合值μ_N，假設h時間段n個傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)一致性檢驗后得到一致數(shù)據(jù)集為：Bayes數(shù)據(jù)融合的基本公式如下：

式中，μ_N為腐蝕率融合值；為經(jīng)過一致性檢驗后的有效數(shù)據(jù)；為的方差；μ₀和分別為經(jīng)過一致性檢驗后，有效傳感器組的多次有效數(shù)據(jù)的均值和方差；

(5)腐蝕率融合值的模糊區(qū)間建立

根據(jù)模糊隸屬函數(shù)及相應閾值確定腐蝕率融合值的模糊區(qū)間，公式如下：

其中，為腐蝕率數(shù)據(jù)，ω為閥值，μ_N為腐蝕率融合值，為的方差。