[發明專利]基于貝葉斯更新和隨機模擬的布里淵光纖傳感器應變與溫度兩階段快速識別方法

有效

• 申請號: 202011589241.6
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112798142B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 黃永;孟祥浩;張東昱
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01K11/322
• 分類號: G01K11/322;G01B11/16
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 孫莉莉

本發明提出基于貝葉斯更新和隨機模擬的布里淵光纖傳感器應變與溫度兩階段快速識別方法，所述方法采用大范圍、寬間距、低平均次數的快速掃頻方式，獲取粗略的布里淵增益譜，通過基于貝葉斯更新和隨機模擬方法的參數識別方法獲得大量服從布里淵增益譜中各參數聯合分布的樣本，統計估計下一階段掃頻范圍的上下限，利用較小的范圍進行密集掃頻，進而獲得足夠精確的布里淵光纖增益譜參數的識別結果，最終根據布里淵光纖頻移與結構應變及溫度的函數關系得出結構的應變或溫度信息。本發明可以快速精確地對布里淵光纖傳感器獲得的數據進行處理，其結果為布里淵光纖各測點處結構應變或溫度的均值及標準差估計值，對實際工程應用具有很好的參考價值。

技術領域

本發明屬于布里淵光纖傳感與結構健康監測技術領域，特別是涉及一種基于貝葉斯更新和隨機模擬的布里淵光纖傳感器應變與溫度兩階段快速識別方法。

背景技術

當今時代，伴隨著我國的高速發展，橋梁、隧道、油氣管道、高鐵軌道等大型基礎設施快速建設，這些工程的大量建設也會帶來結構的安全性和可靠性問題。針對這樣的工程現狀，伴隨著結構遭遇不同程度的損壞，結構健康監測變得十分重要。結構健康監測常需要采集結構的應變及溫度信息，而分布式布里淵光纖傳感技術可以為應變及溫度監測提供十分有效的解決方案。隨著基礎設施建設的大型化、復雜化，分布式布里淵光纖傳感也逐漸成為新的研究方向。但是分布式布里淵光纖應變及溫度測試儀測試效率的問題一直亟待解決，成為近些年來分布式布里淵光纖傳感器新的研究方向。

傳統分布式光纖應變測試儀在測量傳感光纖應變或溫度的過程中，由于對待測光纖的應變或溫度分布范圍不確定，因此探測光需要進行大范圍密集連續掃頻和多次平均。這種方法獲取了大量無用信息，消耗大量測試時間，降低儀器測試效率。

發明內容

本發明目的是為了解決傳統分布式光纖應變及溫度測試儀在測量傳感光纖應變或溫度的過程中，由于對待測光纖的應變或溫度分布范圍不確定，探測光需要進行大范圍密集連續掃頻和多次平均，這樣的過程會獲得大量的無用信息，并且會消耗較多的時間，導致效率較低的問題。針對以上缺點，本發明提出了基于貝葉斯更新和隨機模擬的布里淵光纖傳感器應變與溫度兩階段快速識別方法，適用于結構健康監測領域的相關測試對象。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明提出基于貝葉斯更新和隨機模擬的布里淵光纖傳感器應變與溫度兩階段快速識別方法，所述方法包括以下步驟：

步驟一、在測試對象上布設光纖傳感器，對測點進行稀疏均勻掃頻，得到相應的測量數據；

步驟二、基于貝葉斯更新和隨機模擬方法，對步驟一中得到的數據進行布里淵光纖增益譜參數識別，獲得多個服從布里淵光纖增益譜各參數聯合分布的樣本，表征各參數的聯合概率分布情況；

步驟三、基于步驟二得到的多個服從布里淵光纖增益譜各參數聯合分布的樣本，統計估計下一階段掃頻范圍的上下限，分別計算v_B+αΔv_B和v_B-αΔv_B的中位數作為各點下一階段掃頻范圍的上下限，其中中心頻率v_B、半譜峰值全寬Δv_B為布里淵增益譜的兩個參數，系數α取0.5≤α＜0.8；

步驟四、根據步驟三得到的掃頻范圍進行密集掃頻，得到相應的測量數據；

步驟五、利用貝葉斯更新和隨機模擬方法，對步驟四中得到的數據進行布里淵光纖增益譜參數識別，獲得多個服從布里淵光纖增益譜各參數聯合分布的樣本，統計確定布里淵光纖增益譜參數中心頻率v_B的識別結果；

步驟六、基于步驟五中得到的識別結果，根據布里淵光纖頻移與測試對象應變及溫度的函數關系計算得出測試對象的應變或溫度信息，用于對測試對象進行進一步分析。

進一步地，所述步驟二具體為：