[發(fā)明專利]光纖傳感器的溫度效應(yīng)誤差補償系統(tǒng)與設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911310071.0
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN110967045B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡建兵;馮野峰;易鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 長江師范學(xué)院
• 主分類號: G01D3/036
• 分類號: G01D3/036;G01C19/66
• 代理公司: 重慶博凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 周玉玲

1.一種光纖傳感器的溫度效應(yīng)誤差補償系統(tǒng)，其特征在于：包括用于實時探測光纖傳感器度的溫度探測單元；同步誤差等效電路接收溫度探測單元的溫度信號，并根據(jù)溫度信號同步模擬出光纖傳感器的溫度效應(yīng)誤差；還包括用于根據(jù)光纖傳感器的輸出信號與同步誤差等效電路輸出的溫度效應(yīng)誤差信號的信號差進行輸出的誤差補償輸出模塊；同步誤差等效電路為模擬電路，作為同步誤差等效電路的輸入、輸出信號的溫度信號與溫度效應(yīng)誤差信號均為模擬信號；誤差補償輸出模塊輸出的信號差為模擬信號；

同步誤差等效電路包括由若干RC單元電路串聯(lián)形成的頻率等效電路；頻率等效電路以溫度信號作為輸入信號；RC單元電路包括RC低通濾波電路、RC帶通濾波電路與RC高通濾波電路中的一種或多種；根據(jù)光纖傳感器的溫度誤差整數(shù)階模型的拉普拉斯算子的等價算子的各個子函數(shù)來相應(yīng)確定各個RC單元電路的類型；等價算子等于各個子函數(shù)的乘積；等價算子根據(jù)溫度誤差整數(shù)階模型的等效溫度誤差分數(shù)階模型的微分階次確定。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖傳感器的溫度效應(yīng)誤差補償系統(tǒng)，其特征在于：同步誤差等效電路還包括放大器，放大器用于根據(jù)等效溫度誤差分數(shù)階模型的系數(shù)對頻率等效電路的輸出信號進行放大。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖傳感器的溫度效應(yīng)誤差補償系統(tǒng)，其特征在于：誤差補償輸出模塊按如下方式進行輸出：用光纖傳感器的輸出信號減去同步誤差等效電路輸出的溫度效應(yīng)誤差信號得到信號差，信號差減去光纖傳感器的固定誤差后再進行輸出。

4.一種如權(quán)利要求1所述的光纖傳感器的溫度效應(yīng)誤差補償系統(tǒng)的建立方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：建立光纖傳感器的溫度誤差整數(shù)階模型的等效溫度誤差分數(shù)階模型：

式中，t表示時間，T表示溫度，e_T表示溫度效應(yīng)誤差，c表示固定誤差，k表示系數(shù)，a表示微分階次；

步驟2：根據(jù)微分階次a與系數(shù)k設(shè)計同步誤差等效電路：根據(jù)微分階次a計算溫度誤差整數(shù)階模型的拉普拉斯算子的等價算子，將等價算子變形為各個子函數(shù)的乘積；根據(jù)等價算子的子函數(shù)確定RC單元電路的傳遞函數(shù)，根據(jù)傳遞函數(shù)設(shè)計RC單元電路；根據(jù)系數(shù)k確定同步誤差等效電路的輸出放大倍數(shù)；

步驟3：根據(jù)固定誤差c設(shè)計固定誤差補償模塊；固定誤差補償模塊以功能模塊方式配置在誤差補償輸出模塊中，或者以硬件模塊方式設(shè)計在同步誤差等效電路中。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖傳感器的溫度效應(yīng)誤差補償系統(tǒng)的建立方法，其特征在于：等效溫度誤差分數(shù)階模型的建立包括以下步驟：

步驟101：建立初始溫度誤差分數(shù)階模型：

式中，t表示時間，T表示溫度，e_T表示溫度效應(yīng)誤差，c表示固定誤差，k′表示準系數(shù)，a′表示準微分階次；

步驟102：進行等溫實驗，則根據(jù)測量誤差確定固定誤差c的值；

步驟103：迭代準微分階次a′，a′∈(0,1)，根據(jù)變溫實驗的測量數(shù)據(jù)計算與各次準微分階次a′對應(yīng)的準系數(shù)k′；變溫實驗的測量數(shù)據(jù)包括溫度數(shù)據(jù)與光纖傳感器輸出信號，變溫實驗中的光纖傳感器輸出信號即為光纖傳感器的溫度效應(yīng)誤差；

步驟104：根據(jù)變溫實驗的測量數(shù)據(jù)計算均方差，以最小均方差對應(yīng)的準微分階次a′與準系數(shù)k′作為等效溫度誤差分數(shù)階模型的微分階次a與系數(shù)k。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖傳感器的溫度效應(yīng)誤差補償系統(tǒng)的建立方法，其特征在于：準系數(shù)k′的計算方式如下：

首先，根據(jù)以下公式計算

式中，Γ表示伽馬函數(shù)，n表示整數(shù)，且n-1＜a＜n,τ表示積分變量；

然后，利用變溫實驗的測量數(shù)據(jù)并根據(jù)進行曲線擬合，基于最小方差準則確定準系數(shù)k′。