孫　琪,闞曉婷,王美嬌,劉智超

（1.長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院;2.長(zhǎng)春理工大學(xué) 光電工程學(xué)院,長(zhǎng)春 130000）

FBG測(cè)溫系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與校正

孫琪1,闞曉婷1,王美嬌1,劉智超2

（1.長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院;2.長(zhǎng)春理工大學(xué) 光電工程學(xué)院,長(zhǎng)春 130000）

針對(duì)FBG技術(shù)對(duì)溫度測(cè)試的檢測(cè)，獲取了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，完成了對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與處理，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到了被測(cè)區(qū)域的溫度分布，同時(shí)，利用處理分析算法完成了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效校正。驗(yàn)證了本文提出的校正方法的可行性。

溫度測(cè)試數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)校正；FBG

0　引言

現(xiàn)代信息社會(huì)中，計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)字處理技術(shù)相互滲透，使得溫度測(cè)試的能力也大大提高。由于傳感系統(tǒng)的不斷升級(jí)，很多溫度檢測(cè)技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。其中，采用FBG系統(tǒng)完成溫度測(cè)試成為了當(dāng)前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

FBG全稱為FiberBraggGrating，光纖布拉格光柵。它是一種通過光纖實(shí)現(xiàn)溫度快速檢測(cè)的方法，其利用光在光纖中回波信號(hào)的不同實(shí)現(xiàn)了對(duì)被測(cè)單位的快速測(cè)溫。其應(yīng)用領(lǐng)域很多，包括糧食溫度監(jiān)控、工廠廠房?jī)?nèi)溫度監(jiān)控、樓宇火災(zāi)預(yù)警監(jiān)控等等。由于其重要的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用，其特點(diǎn)是基本不受外界震動(dòng)干擾、沒有電磁干擾、探頭個(gè)數(shù)靈活、傳輸距離遠(yuǎn)等。所以，目前也是一項(xiàng)被大力發(fā)展的測(cè)試技術(shù)手段。

本文采用自行研制的溫度測(cè)試系統(tǒng)對(duì)被測(cè)試驗(yàn)區(qū)域的溫度進(jìn)行檢測(cè)與標(biāo)定，并且與常用的溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比。

1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如圖1所示，系統(tǒng)實(shí)物分布包括：電腦、光纖光柵、傳導(dǎo)光纖、工作電源、FP解調(diào)儀、被測(cè)溫度箱以及對(duì)比用的TM6920A型溫度探測(cè)器。當(dāng)對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，分別采用本系統(tǒng)與TM6920A型溫度探測(cè)器進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度測(cè)試，并記錄測(cè)試數(shù)據(jù)，最終對(duì)比測(cè)溫結(jié)果。

圖1　測(cè)試系統(tǒng)實(shí)物圖

2　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

由以上兩套系統(tǒng)完成對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)標(biāo)在表1中。由表1中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，本系統(tǒng)的測(cè)溫精度、溫度測(cè)定穩(wěn)定性與TM6920A型溫度探測(cè)器的測(cè)試數(shù)據(jù)基本一致。兩種系統(tǒng)的測(cè)試誤差均小于0.2℃，也證明了本系統(tǒng)的可行性。

由表1可以看出，本系統(tǒng)的測(cè)試誤差與TM6920A型溫度探測(cè)器相近，但是本系統(tǒng)的誤差存在一定的規(guī)律性，說明可能受某種固定干擾的影響，故采用校正的方法可以提高其測(cè)試精度。

3　數(shù)據(jù)校正算法

表1　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

由于觀察本系統(tǒng)的測(cè)試數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)均值偏小，所以采用一個(gè)校正因子作為補(bǔ)償值，設(shè)校正因子為x，則當(dāng)數(shù)據(jù)均值超過真值均值時(shí)，在系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)的各個(gè)點(diǎn)位上減去x；當(dāng)數(shù)據(jù)均值小于真值均值時(shí)，在系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)的各個(gè)點(diǎn)位上加上x。這種方法非常簡(jiǎn)單，但是對(duì)于此種具有明顯偏移量的誤差具有較好的校正效果。

除此之外，本系統(tǒng)中還設(shè)計(jì)了一種偏移量校正的方法，就是當(dāng)數(shù)據(jù)的均值變量基本與真值的均值變量相近時(shí)，但是其數(shù)據(jù)方差明顯發(fā)生變化時(shí)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的一種校正方法，當(dāng)系統(tǒng)測(cè)試均值與真值均值相近，方差不同時(shí)，設(shè)校正因子為y，當(dāng)數(shù)據(jù)方差值超過真值方差值時(shí)，在系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)中方差超出（或小于）的各個(gè)點(diǎn)位上除以y；當(dāng)數(shù)據(jù)方差值低于真值方差值時(shí)，在系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)中方差超出（或小于）的各個(gè)點(diǎn)位上乘以y。從而使得系統(tǒng)的數(shù)據(jù)平穩(wěn)。

4　總結(jié)

本文采用FBG測(cè)溫系統(tǒng)完成了某一區(qū)域的溫度測(cè)試，同時(shí)系統(tǒng)與TM6920A型溫度探測(cè)器進(jìn)行比較，結(jié)果顯示，本系統(tǒng)的測(cè)溫結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求，同時(shí)，利用數(shù)據(jù)校正算法減小了系統(tǒng)溫度測(cè)試數(shù)據(jù)的誤差。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.213