基于差分进化算法的光纤布拉格光栅横向局部应力与温度分离技术-论文.pdf

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1、第35卷第9期仪器仪表学报Vo1．35No．92014年9月ChineseJournalofScientificInstrumentSep．2014基于差分进化算法的光纤布拉格光栅横向局部应力与温度分离技术刘暾东，傅晓立，陈静，陶继平，江灏，(1．厦门大学信息科学与技术学院厦门361005；2．新加坡南洋理工大学电气与电子工程学院新加坡639798)摘要：鉴于横向应力和温度对光纤布拉格光栅的交感耦合呈现非线性关系，将横向局部应力与温度的交感问题转化为非线性系统参数辨识问题：首先根据光纤布拉格光栅横向应力与温度的传感原理构造一个理论意义上的反射光谱，然后利用理

2、论光谱和采样光谱之间的差异度建立系统参数辨识模型，通过差分进化算法对该优化辨识模型进行求解，最终实现横向局部应力与温度的同时测量。实验和仿真结果表明，本文提出的方法具有较高的辨识精度，得到的横向应力误差绝对值一般小于4．0×10～N，温度误差绝对值一般小于3．0×10～oC，传感器对温度的灵敏度为11．7pro／％。该方法能够解决光纤布拉格光栅横向局部应力和温度的交叉敏感问题，提升光纤布拉格光栅传感网络在实际工程中的传感精度。关键词：光纤布拉格光栅；交叉敏感；参数辨识；差分进化算法中图分类号：TN29TH74文献标识码：A国家标准学科分类代码：140．30S

3、imultaneousmeasurementofstressandtemperatureoffiberBragggratingunderlocaltransverseforceusingdiferentialevolutionalgorithmLiuTundong，FuXiaoli，ChenJing，TaoJiping，JiangHao，(，．SchoolofInformationScienceandEngineering，XiamenUniversity，Xiamen361005，China；2．SchoolofElectrical&ElectronicE

4、ngineering，NanyangTechnologicalUniversity，Singapore639798，Singapore)Abstract：ConsideringthatfiberBragggrating(FBG)sensorsaresensitivetobothtransversestressandtemperaturesimultaneously，whichleadstothedifficultyintheindependentmeasurementofthesetwomeasurands，wetransformthisproblemint

5、ononlinearsystempa—rameteridentificationwithidentificationparametersoftemperatureandstress．AtheoreticalreflectionspectrumisfirstconstructedbasedonthesensingprincipleofFBGtransversestressandtemperature．Thenanovelidentificationmodelisestablishedbasedonthediscrepancybetweenactualmeasu

6、redspectrumandtheconstructedspectrum．Thediferentialevolution(DE)algorithm，asimpleyetpowerfulevolu—tionaryalgorithm，isappliedtosolvetheproposedmodelandobtaintheappropriatevaluesoftemperatureandstresssimultaneously．Exper-imentandsimulationresultsshowthatthemeasuremente／Toroftransvers

7、estressistypicallysmallerthan4．0×10一Nandthemeasuremente1TOr0ftemperatureissmallerthan3．0×10一℃，thetemperaturesensitivityofthesensorisI1．7pm／~C．Theresultindicatesthattheproposedapproachiseffectiveindiscriminatingthecross—sensitivityofFBGs，whilemaintaininghighmeasurementaccuracy．Keywo

8、rds：fiberBragggrating；cros