一种多参量同时测量的光纤传感方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103424134A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103424134103424134A(43)申请公布日2013.12.04(21)申请号201310326124.4(22)申请日2013.07.30(71)申请人北京交通大学地址100044北京市海淀区西直门外上园村3号(72)发明人李强黄泽铗王智张丽梅刘岚岚(74)专利代理机构北京市商泰律师事务所11255代理人毛燕生(51)Int.Cl.G01D5/26(2006.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书5页说明书5页附图6页附图6页(54)发明名称一种多参量同时测量的光纤传感方法(57)摘要本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种多参量同时测量的光纤传感方法，从一个由多参量同时作用的光纤传感器采集得到一路观测数据；通过延迟一定采样点的方法得到多路观测数据；对得到的多路观测信号进行预处理，预处理包括中心化和白化；利用传统的盲信号分离技术，从观测信号中分离出多个参量；对分离出的多个参量做相应的信号处理，得到参量的有效信息，本发明的有益效果：使用单通道盲信号分离技术，实现了光纤传感系统的多参量同时测量，该方法精度高，且易于实现，使用该方法使得光纤多参量同时测量传感系统的结构简化，成本降低。CN103424134ACN10342ACN103424134A权利要求书1/2页1.一种多参量同时测量的光纤传感方法，其特征在于包含以下步骤:步骤1）从一个由多参量同时作用的光纤传感器采集得到一路观测数据；步骤2）通过延迟采样点得到多路观测数据；步骤3）对得到的多路观测信号进行预处理，预处理包括中心化和白化；步骤4）利用传统的盲信号分离技术，从观测信号中分离出多个参量；步骤5）对分离出的多个参量做相应的信号处理，得到参量的有效信息。2.根据权利要求1所述的一种多参量同时测量的光纤传感方法，其特征在于所述步骤2)具体包括：延迟采样点为将一个时间段内采集到的数据数组，延迟相对应的采样点数。3.根据权利要求1所述的一种多参量同时测量的光纤传感方法，其特征在于所述步骤3)具体包括：数据中心化处理即为使信号的均值为零；对于随机变量x(t)，其中心化处理可表示为其中E[x(t)]为随机变量x(t)的数学期望。在实际的信号处理过程中，由于通过传感器测量得到的观测信号的长度N是有限的，可使用样本数据的平均值来代替其数学期望，则式(1)可改写为经过中心化处理后，可以达到简化单通道盲信号分离算法的目的。所述的白化信号处理目的是去除各分量之间的相关性,使得白化后的信号各分量之间二阶统计独立；对进行线性变换P，得到T且Ru=E[u(t)u(t)]=I，(3)其中Ru为白化后信号u(t)的协方差矩阵，u(t)中各分量互不相关；白化的主要方法有三类，分别为主分量分析（PCA）方法、自适应方法和稳健的白化方法；三种方法在本发明中均适用，其中仅详尽叙述PCA方法；设是去均值信号的协方差矩阵，即对其进行特征值分解，即可得到从式(4)中我们可以得到白化矩阵P=D(-1/2)FT，(5)其中F是的特征矢量矩阵，D是对角线上为特征值的对角矩阵，其对角元素λ12，λ22，……，λm2为的特征值；又将式(4)，(5)带入式(6)中，可得-1/2TT-1/2TTRu=(DF)(FDF)(DF)=I。(7)。4.根据权利要求1所述的一种多参量同时测量的光纤传感方法，其特征在于所述步骤2CN103424134A权利要求书2/2页4)具体包括：传统的盲信号分离技术采用FastICA算法，以最大化负熵作为目标函数，每次从观测信号分离出一个独立成分，基于负熵最大的FastICA迭代算法步骤如下：4.1)令m=0，初始化权值向量w(0)，即随机选取一初始权值向量；4.2)m=m+1；4.3)对w进行调整，令w(m+1)=E[ug(wT(m)u)]-E[g'(wT(m)u)]w(m),(11)非线性函数需提前选取；4.4)归一化处理，若算法不收敛，则返回4.3)。4.5)算法收敛，求出一个独立成分，5.根据权利要求1所述的一种多参量同时测量的光纤传感方法，其特征在于所述步骤5)具体包括：所述的相应的信号处理，包括对振动分量作FFT处理，得到振动频率信息；对温度分量作Hilbert变换，得到温度变化信息等。3CN103424134A说明书1/5页一种多参量同时测量的光纤传感方法技术领域[0001]本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种多参量同时测量的光纤传感方法。背景技术[0002]振动，温度，应力等是生产生活中经常需要测量的一些参量。在现实的生产生活环境下，经常是多个参量同时作用的，因而为了适应现实的情况，研究多个参量同时测量的方法具有重要的现实意义。[0003]以SMS