[发明专利]光纤传感器的温度效应误差补偿系统与设计方法

权利要求书

1.一种光纤传感器的温度效应误差补偿系统，其特征在于：包括用于实时探测光纤传感器度的温度探测单元；同步误差等效电路接收温度探测单元的温度信号，并根据温度信号同步模拟出光纤传感器的温度效应误差；还包括用于根据光纤传感器的输出信号与同步误差等效电路输出的温度效应误差信号的信号差进行输出的误差补偿输出模块；同步误差等效电路为模拟电路，作为同步误差等效电路的输入、输出信号的温度信号与温度效应误差信号均为模拟信号；误差补偿输出模块输出的信号差为模拟信号；

同步误差等效电路包括由若干RC单元电路串联形成的频率等效电路；频率等效电路以温度信号作为输入信号；RC单元电路包括RC低通滤波电路、RC带通滤波电路与RC高通滤波电路中的一种或多种；根据光纤传感器的温度误差整数阶模型的拉普拉斯算子的等价算子的各个子函数来相应确定各个RC单元电路的类型；等价算子等于各个子函数的乘积；等价算子根据温度误差整数阶模型的等效温度误差分数阶模型的微分阶次确定。

2.根据权利要求1所述的光纤传感器的温度效应误差补偿系统，其特征在于：同步误差等效电路还包括放大器，放大器用于根据等效温度误差分数阶模型的系数对频率等效电路的输出信号进行放大。

3.根据权利要求1所述的光纤传感器的温度效应误差补偿系统，其特征在于：误差补偿输出模块按如下方式进行输出：用光纤传感器的输出信号减去同步误差等效电路输出的温度效应误差信号得到信号差，信号差减去光纤传感器的固定误差后再进行输出。

4.一种如权利要求1所述的光纤传感器的温度效应误差补偿系统的建立方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：建立光纤传感器的温度误差整数阶模型的等效温度误差分数阶模型：

式中，t表示时间，T表示温度，e_T表示温度效应误差，c表示固定误差，k表示系数，a表示微分阶次；

步骤2：根据微分阶次a与系数k设计同步误差等效电路：根据微分阶次a计算温度误差整数阶模型的拉普拉斯算子的等价算子，将等价算子变形为各个子函数的乘积；根据等价算子的子函数确定RC单元电路的传递函数，根据传递函数设计RC单元电路；根据系数k确定同步误差等效电路的输出放大倍数；

步骤3：根据固定误差c设计固定误差补偿模块；固定误差补偿模块以功能模块方式配置在误差补偿输出模块中，或者以硬件模块方式设计在同步误差等效电路中。

5.根据权利要求4所述的光纤传感器的温度效应误差补偿系统的建立方法，其特征在于：等效温度误差分数阶模型的建立包括以下步骤：

步骤101：建立初始温度误差分数阶模型：

式中，t表示时间，T表示温度，e_T表示温度效应误差，c表示固定误差，k′表示准系数，a′表示准微分阶次；

步骤102：进行等温实验，则根据测量误差确定固定误差c的值；

步骤103：迭代准微分阶次a′，a′∈(0,1)，根据变温实验的测量数据计算与各次准微分阶次a′对应的准系数k′；变温实验的测量数据包括温度数据与光纤传感器输出信号，变温实验中的光纤传感器输出信号即为光纤传感器的温度效应误差；

步骤104：根据变温实验的测量数据计算均方差，以最小均方差对应的准微分阶次a′与准系数k′作为等效温度误差分数阶模型的微分阶次a与系数k。

6.根据权利要求5所述的光纤传感器的温度效应误差补偿系统的建立方法，其特征在于：准系数k′的计算方式如下：

首先，根据以下公式计算

式中，Γ表示伽马函数，n表示整数，且n-1＜a＜n,τ表示积分变量；

然后，利用变温实验的测量数据并根据进行曲线拟合，基于最小方差准则确定准系数k′。