專利名稱：一種光纖溫度測量裝置的構建方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光纖溫度測量裝置的構建方法，具體采用半導體吸收式光纖 溫度傳感器加神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器串聯(lián)構成光纖溫度測量裝置，適用于高壓電 力設備的溫度測量，屬于溫度測量的技術領域。
背景技術：
實時溫度測量對于保障電力設備安全運行起著至關重要的作用。但是對于高 壓電力設備特別是萬伏以上的電力設備來說，由于高壓和強電磁環(huán)境的存在，對 所使用的溫度傳感器提出了極高的要求，它要求溫度傳感器具有良好的絕緣性和 抗電磁干擾的能力，同時具有較高的測量精度和較好的動態(tài)性能，因此常規(guī)的熱 電阻等傳感器無法使用。
考慮到光纖的良好的絕緣性以及光不受工頻電磁場影響的特性，因此基于光 傳輸?shù)母鞣N光纖溫度傳感器，就非常適合在這里使用。在各種光纖溫度傳感器中， 半導體吸收式光纖溫度傳感器由于結構簡單，制造成本低且容易加工，因此最為 實用。它利用半導體的光吸收隨溫度變化而變化的原理，以砷化鎵半導體作為敏 感元件，以光纖作為傳輸介質(zhì)，以紅外激光管和光電二極管分別作為光源和光電 轉(zhuǎn)換元件構成。由于砷化鎵對紅外光的吸收程度隨著溫度升高而增加，透過砷化 鎵的光強減小，因而通過檢測透過砷化鎵的光強，即可得到被測點溫度的信息。
但是，這種傳感器存在測量精度較低，響應滯后時間較長等問題。因此人們 對這種傳感器作了各種改進，提出了諸如"雙光路參考法"，"雙光源參考法"等 改進方案，取得了一定的成果。由于傳感器所采用的玻璃光纖或石英光纖價格較 高，而這些改進方案都是從硬件上著手，會使設備非常復雜，并且使制造成本大 為增加，不適合在很多常規(guī)的電力設備上的應用。而采用本發(fā)明的方法構建的光 纖溫度測量裝置(由半導體吸收式光纖溫度傳感器和它的神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器 構成)可以在不增加硬件成本的情況下，通過軟件補償?shù)姆椒ǎ纳圃械墓饫w 溫度傳感器的動態(tài)性能，提高測量精度。
發(fā)明內(nèi)容
技術問題本發(fā)明的目的是提供適用于高壓電力設備，并且具有較好的動態(tài) 性能和測量精度以及較低的制造成本的一種光纖溫度測量裝置的構建方法。
技術方案本發(fā)明的光纖溫度測量裝置，由半導體吸收式光纖溫度傳感器加 神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器串聯(lián)的方法構建。
半導體吸收式光纖溫度傳感器由一個紅外發(fā)射裝置， 一片半導體砷化鎵片， 兩條多模玻璃光纖(一條入射光纖， 一條出射光纖)和一個光電轉(zhuǎn)換裝置組成。 紅外發(fā)射裝置發(fā)出恒定的紅外光，進入入射光纖到砷化鎵片，并被砷化鎵片按照 被測點溫度"進行強度調(diào)制，剩余的光通過出射光纖傳輸?shù)焦怆娹D(zhuǎn)換裝置，轉(zhuǎn)換
成相應的光電轉(zhuǎn)換電壓y。
半導體吸收式光纖溫度傳感器的動態(tài)方程為/(少,少,")=0。根據(jù)逆系統(tǒng)理論， 可得到逆系統(tǒng)動態(tài)補償器的動態(tài)方程為^ = ^(^少)。
其中，W表示被測溫度，y表示光電轉(zhuǎn)換電壓，j表示光電轉(zhuǎn)換電壓的導數(shù)，
iJ表示逆系統(tǒng)動態(tài)補償器的輸出，即動態(tài)補償結果，/表示半導體吸收式光纖溫
度傳感器所滿足的函數(shù)關系，《表示逆系統(tǒng)動態(tài)補償器所滿足的函數(shù)關系，/和《
都是靜態(tài)的非線性函數(shù)。
按照逆系統(tǒng)動態(tài)補償器的動態(tài)方程《^g(y,力，逆系統(tǒng)動態(tài)補償器由一個微分
器和一個靜態(tài)非線性函數(shù)構成，其中靜態(tài)非線性函數(shù)由靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡實現(xiàn)，形成 了由微分器和靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡所構成的神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器。
該光纖溫度測量裝置半導體吸收式光纖溫度傳感器和神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器 串聯(lián)構成；半導體吸收式光纖溫度傳感器的輸入端為光纖溫度測量裝置的輸入端， 用來測量被測點溫度，半導體吸收式光纖溫度傳感器的輸出端接神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài) 補償器中的微分器的輸入端和靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡的第一個輸入端，微分器的輸出端接 靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡的第二個輸入端，靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡的輸出端為光纖溫度測量裝置的輸 出端，輸出動態(tài)補償結果《。
靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡為一個輸入層節(jié)點數(shù)為2、隱含層節(jié)點數(shù)為5、輸出層節(jié)點數(shù)為
1的三層前饋網(wǎng)絡。各節(jié)點之間的連接權系數(shù)的確定方法為首先進行溫度實驗，采 集實驗數(shù)據(jù)，具體用一個調(diào)壓器供電的大功率電阻作為熱源，用一個高精度溫度傳感器來采集真實的被測點溫度"，通過調(diào)節(jié)大功率電阻上的電壓，獲得一系列 的被測點溫度"，并從半導體吸收式光纖溫度傳感器的輸出端獲得相應的光電轉(zhuǎn)換 電壓y，數(shù)據(jù)記錄間隔取為2秒。然后對高精度溫度傳感器采集的被測點溫度w，
進行五點平均濾波，濾除測量噪聲，對獲得的光電轉(zhuǎn)換電壓y也進行五點平均濾 波，再用五點求導法得到光電轉(zhuǎn)換電壓的導數(shù)j，最終形成用來確定靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)
絡的各連接權系數(shù)的訓練樣本集Uy，少}， "}。基于獲得的數(shù)據(jù)所構成的訓練 樣本集，對靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡進行訓練，確定靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡的各連接權系數(shù)。
在本發(fā)明中，采用單片機及其外圍設備來實現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器。其中， 微分器通過單片機的五點求導運算模塊實現(xiàn)，靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡通過單片機的靜態(tài)神 經(jīng)網(wǎng)絡運算模塊實現(xiàn)，光電轉(zhuǎn)換電壓y通過AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應的數(shù)字量，并 以中斷方式讀入單片機，單片機對讀入的光電轉(zhuǎn)換電壓進行五點平均濾波后，再 進行神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償(包括五點求導和靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡運算)，得到半導體吸收 式光纖溫度傳感器的動態(tài)補償結果，并通過顯示單元輸出，同時根據(jù)動態(tài)補償結 果是否越限驅(qū)動報警單元輸出相應的報警信息。
單片機程序包括主程序和兩個中斷服務程序。單片機主程序先進行初始化， 然后進入輸出與故障診斷的循環(huán)，如果接收到主程序結束命令，則結束主程序。 輸出包括動態(tài)補償結果輸出和報警信息輸出，用來將顯示單元存儲器中存儲的動 態(tài)補償結果和報警標志位中存儲的報警標志信息分別輸出到顯示單元和報警單 元。主程序在進行輸出與故障診斷的循環(huán)時，按一定時間間隔運行定時神經(jīng)網(wǎng)絡 逆動態(tài)補償中斷服務程序，如果定時時間到，則進入定時神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償中 斷服務程序，如果出現(xiàn)故障，則運行異常中斷服務程序。定時神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補 償中斷服務程序的處理流程為首先對主程序進行現(xiàn)場保護，再通過AD轉(zhuǎn)換器 采集光電轉(zhuǎn)換電壓y，并對數(shù)據(jù)進行五點平均濾波處理，接下來對濾波后的數(shù)據(jù)進 行五點求導和靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡運算得到動態(tài)補償結果，并把動態(tài)補償結果存儲到顯 示單元的存儲器中，同時判斷動態(tài)補償結果是否越限，如果越限，則把報警標志
信息存儲到報警標志位中，否則把報警標志位清零，最后恢復現(xiàn)場并返回主程序。
有益效果本發(fā)明的原理是通過構造半導體吸收式光纖溫度傳感器的神經(jīng)網(wǎng)
絡逆動態(tài)補償器，并將其串聯(lián)在原傳感器之后，構成一個復合式的光纖溫度測量 裝置。它依據(jù)半導體吸收式光纖溫度傳感器的完整非線性模型，經(jīng)過嚴格的逆系統(tǒng)理論的數(shù)學推導，得到了逆系統(tǒng)動態(tài)補償器的模型，并用靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡加微分 器的方法來構造該逆系統(tǒng)動態(tài)補償器一一稱之為神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器。由于神 經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器的補償作用，所設計的光纖溫度測量裝置具有較好的動態(tài)性 能和測量精度。
本發(fā)明的優(yōu)點是
① 采用半導體砷化鎵片對光的吸收和溫度有關的原理，通過光纖傳輸光信號， 絕緣性好，不受強電磁環(huán)境干擾，適合在高壓電力設備中的應用。
② 通過在半導體吸收式光纖溫度傳感器之后串聯(lián)神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器構成 復合的溫度測量裝置，具有良好的動態(tài)性能和較高的測量精度。
③ 逆系統(tǒng)動態(tài)補償器的設計經(jīng)過嚴格的逆系統(tǒng)理論的數(shù)學推導，從原理上保 證了動態(tài)補償器的補償效果。并且推導依據(jù)半導體吸收式光纖溫度傳感器的完整 非線性模型，適用于系統(tǒng)的整個工作區(qū)間。
④ 采用靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡加微分器的結構來實現(xiàn)逆系統(tǒng)動態(tài)補償器，用靜態(tài)神經(jīng) 網(wǎng)絡實現(xiàn)復雜非線性函數(shù)運算，避免傳感器的某些參數(shù)的不精確導致補償器建立 的不準確，并且在實際應用中，可以不需要得到傳感器的精確的數(shù)學模型(只需 要大致的形式上的數(shù)學模型)，不用解出逆系統(tǒng)的解析表達式，克服了傳統(tǒng)解析逆 系統(tǒng)方法對模型的強依賴性，易于工程實現(xiàn)。
⑤ 通過單片機來數(shù)字實現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器，不需要對傳感器本身進行 結構性改造即可構成一個經(jīng)濟實用的光纖溫度測量裝置，硬件投資低。
圖1是光纖溫度測量裝置1的組成結構示意圖，它由半導體吸收式光纖溫度
傳感器2和神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器3串聯(lián)構成。
圖2是半導體吸收式光纖溫度傳感器2的內(nèi)部構成圖。
圖3是給出了神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器內(nèi)部結構的光纖溫度測量裝置1的結構 圖，其中，神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器3由微分器31和靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡32構成。
圖4是靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡的結構示意圖。
圖5是訓練靜態(tài)人工神經(jīng)網(wǎng)絡32的結構框架圖，通過訓練，可使靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng) 絡32輸出的5與訓練樣本集中的"的差e趨向于零。
圖6是光纖溫度測量裝置的硬件結構圖，其中神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器3由單片機42及其外圍設備實現(xiàn)。
圖7是單片機42的程序框圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的實施方案是采用半導體吸收式光纖溫度傳感器2加神經(jīng)網(wǎng)絡逆動
態(tài)補償器3構成復合式的光纖溫度測量裝置1，半導體吸收式光纖溫度傳感器2 的輸入端為光纖溫度測量裝置1的輸入端，用來測量被測點溫度"，半導體吸收 式光纖溫度傳感器2的輸出端接神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器3的輸入端，神經(jīng)網(wǎng)絡逆 動態(tài)補償器3的輸出端為光纖溫度測量裝置1的輸出端，輸出動態(tài)補償結果《(如 圖1所示)；神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器3由微分器31和靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡32實現(xiàn)(如圖 3所示)；具體采用單片機42及其外圍設備來實現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器3 (如圖 6所示)。
具體實施分為以下5步
1、 構造半導體吸收式光纖溫度傳感器。如圖2所示，半導體吸收式光纖溫度 傳感器由紅外發(fā)射裝置21，傳感頭23，兩條0.5mm芯徑的多模玻璃光纖(一條 入射光纖22， 一條出射光纖24)和光電轉(zhuǎn)換裝置25組成。紅外發(fā)射裝置21由供 電電流恒定的紅外激光管和相關電路組成，能發(fā)射恒定的紅外光，并通過入射光 纖22進入傳感頭23到砷化鎵片232;砷化鎵片232的外部套有聚四氟乙烯套管 231，以固定光纖的連接，同時實現(xiàn)砷化鎵片232與高壓強電磁環(huán)境的隔離；砷化 鎵片232在不同的被測點溫度w，對紅外光有不同的吸收量，透過砷化鎵的剩余 紅外光也不同；透過砷化鎵片232的剩余紅外光通過出射光纖24傳輸?shù)焦怆娹D(zhuǎn)換 裝覽25;光電轉(zhuǎn)換裝置25由光電二極管及相關電路構成，能實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，得到
光電轉(zhuǎn)換電壓y。
2、 通過分析與推導，得到半導體吸收式光纖溫度傳感器的逆系統(tǒng)動態(tài)補償器 的結構形式，為神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器的構造提供方法上的依據(jù)。
半導體吸收式光纖溫度傳感器2的數(shù)學模型可用下面的方程描述
<formula>formula see original document page 7</formula>(1)
其中U表示被測點溫度，Y表示光電轉(zhuǎn)換電壓，Y表示光電轉(zhuǎn)換電壓Y的導數(shù)；A(Y)表示;<formula>formula see original document page 8</formula>
<formula>formula see original document page 8</formula>是半導體吸收式光纖溫度傳感
器2所滿足的方程的簡化表示；其他的符號均表示常數(shù)，I。為入射光強，R為砷 化鎵片的反射率，H為普朗克常數(shù)，v為入射紅外光的頻率，EG(0)為砷化鎵在絕 對零度的能帶，a0,B,Y為與砷化鎵半導體特性有關的經(jīng)驗常數(shù)，I為砷化鎵片的
厚度，K為光電轉(zhuǎn)換系數(shù)，r為傳感頭的時間滯后常數(shù)。
易驗證<formula>formula see original document page 8</formula>，根據(jù)反函數(shù)存在性定理，式(1)所描述的系統(tǒng)可逆，其
逆系統(tǒng)可表示為
<formula>formula see original document page 8</formula> (2) 式(2)所示的逆系統(tǒng)即為式(1)所示的半導體吸收式光纖溫度傳感器的逆 系統(tǒng)動態(tài)補償器的數(shù)學模型，式中？為一個非線性函數(shù)，是原函數(shù)/的逆函數(shù)，
表示逆系統(tǒng)的輸出，即逆系統(tǒng)的動態(tài)補償結果。
需要說明的是，這一步僅為以下的神經(jīng)網(wǎng)絡逆構造與訓練提供方法上的依據(jù)， 在本發(fā)明的具體實施中，這一步(包括分析傳感器模型的可逆性以及得到動態(tài)補 償器數(shù)學模型)可以跳過。
3、構造神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器。
根據(jù)式(2)所示的逆系統(tǒng)動態(tài)補償器的數(shù)學模型，逆系統(tǒng)動態(tài)補償器由一個 微分器和一個靜態(tài)非線性函數(shù)構成，其中微分器用來得到y(tǒng)的導數(shù)少，靜態(tài)非線
性函數(shù)用來實現(xiàn)非線性函數(shù)映射g 。
靜態(tài)非線性函數(shù)由靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡32實現(xiàn)，靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡32與微分器31即構 成了神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器3 (如圖3所示)。靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡32具體采用3層的前 饋網(wǎng)絡(如圖4所示)，輸入層節(jié)點數(shù)為2，隱含層節(jié)點數(shù)為5，輸出層節(jié)點數(shù)為q，
隱含層神經(jīng)元的激活函數(shù)選為tangent sigmoid函數(shù)<formula>formula see original document page 8</formula>，輸出層的激
活函數(shù)選為純線性函數(shù)fl(x)-;c，靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡32的各節(jié)點之間的連接權系數(shù)將
在具體實施方案第4步中確定。
神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器3的連接如圖3所示，其中，神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器3 的輸入端接半導體吸收式光纖溫度傳感器2的輸出端，微分器31的輸入端為神經(jīng) 網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器3的輸入端，靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡32的第一個輸入端"II"也為神經(jīng) 網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器3的輸入端，靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡32的第二個輸入端"12"接微分器 31的輸出端，神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器3的輸出端為靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡32的輸出端。
4、 確定靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡的各結點之間的連接權系數(shù)。此歩分為以下三步-
① 進行溫度實驗，采集實驗數(shù)據(jù)。用一個調(diào)壓器供電的大功率電阻作為熱源， 用一個高精度溫度傳感器來采集真實的被測點溫度"。通過調(diào)節(jié)大功率電阻上的 電壓，獲得一系列的不同變化規(guī)律的被測點溫度"，同時從半導體吸收式光纖溫
度傳感器2的輸出端獲得相應的光電轉(zhuǎn)換電壓值:v ，以2秒為間隔記錄這些數(shù)據(jù)。
② 處理數(shù)據(jù)，形成用來確定靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡32的各連接權系數(shù)的訓練樣本集。 對采到的光電轉(zhuǎn)換電壓y進行五點平均濾波，然后用五點求導法求出光電轉(zhuǎn)換電
壓的導數(shù)j。對高精度溫度傳感器采集的被測點溫度"，也經(jīng)過五點平均濾波。這 樣，就濾除了測量噪聲，構成了可用來確定靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡32的各連接權系數(shù)所需
要的訓練樣本集"y， >}， "}。
③ 訓練靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡32確定其連接權系數(shù)。訓練靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡的結構框架如 圖5所示，訓練采用LM (Levenberg-Marquart)算法，訓練800次后，訓練樣本 集中的"與靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡32的輸出的zi的均方誤差小于0.0001，滿足要求，從而 確定了靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡32的各連接權系數(shù)。
5、 實現(xiàn)祌經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器，構成光纖溫度測量裝置。 神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器3可根據(jù)不同的測量要求采用不同的硬件和軟件來實
現(xiàn)它，這里，神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器3具體采用單片機42及其外圍設備實現(xiàn)(如 圖6所示)，微分器31通過單片機42的五點求導運算模塊實現(xiàn)，靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡32
通過單片機42的靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡運算模塊實現(xiàn)。光電轉(zhuǎn)換電壓y通過AD轉(zhuǎn)換器41
轉(zhuǎn)換成相應的數(shù)字量，并以中斷方式讀入單片機42，單片機42對讀入的光電轉(zhuǎn)換
電壓y進行五點平均濾波后，再進行神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償(包括五點求導運算和
靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡運算)，得到動態(tài)補償結果并通過顯示單元43輸出，同時根據(jù)動態(tài) 補償結果是否越限驅(qū)動報警單元44輸出相應的報警信息。
單片機程序包括主程序和兩個中斷服務程序。單片機主程序先進行初始化， 然后進入輸出與故障診斷的循環(huán)，如果接收到主程序結束命令，則結束主程序。 輸出包括動態(tài)補償結果輸出和報警信息輸出，用來將顯示單元存儲器中存儲的動 態(tài)補償結果和報警標志位中存儲的報警標志信息分別輸出到顯示單元43和報警單
元44。主程序在進行輸出與故障診斷的循環(huán)時，按一定時間間隔運行定時神經(jīng)網(wǎng) 絡逆動態(tài)補償中斷服務程序，如果定時時間到，則進入定時神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償 中斷服務程序，如果出現(xiàn)故障，則進入異常中斷服務程序。定時神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài) 補償中斷服務程序的處理流程為首先對主程序進行現(xiàn)場保護，再通過AD轉(zhuǎn)換 器41采集光電轉(zhuǎn)換電壓;;，并對數(shù)據(jù)進行五點平均濾波處理，接下來對濾波后的
數(shù)據(jù)進行神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償(包括五點求導運算和靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡運算)，得到動 態(tài)補償結果，并把動態(tài)補償結果存儲到顯示單元43的存儲器中，同時判斷動態(tài)補 償結果是否越限，如果越限，則把報警標志信息存儲到報警標志位中，否則把報 警標志位清零，最后恢復現(xiàn)場并返回主程序。(如圖7所示)
如圖6所示，將單片機42及其外圍設備實現(xiàn)的神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器串聯(lián)在 具體實施步驟第1步中構造的半導體吸收式光纖溫度傳感器2之后，即可構成一 個具體可用的光纖溫度測量裝置。
根據(jù)以上所述，即可實現(xiàn)本發(fā)明。
權利要求
1.一種光纖溫度測量裝置的構建方法，其特征在于該光纖溫度測量裝置(1)由半導體吸收式光纖溫度傳感器(2)和神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器(3)串聯(lián)構成；半導體吸收式光纖溫度傳感器(2)的輸入端為光纖溫度測量裝置(1)的輸入端，用來測量被測點溫度(u)，半導體吸收式光纖溫度傳感器(2)的輸出端接神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器(3)中的微分器(31)的輸入端和靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(32)的第一個輸入端(I1)，微分器(31)的輸出端接靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(32)的第二個輸入端(I2)，靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(32)的輸出端為光纖溫度測量裝置(1)的輸出端，輸出動態(tài)補償結果( id="icf0001" file="A2008100219800002C1.tif" wi="2" he="4" top= "88" left = "39" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>)。
2. 根據(jù)權利要求l所述的一種光纖溫度測量裝置的構建方法，其特征在于 所述靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(32)為輸入層節(jié)點數(shù)為2，隱含層節(jié)點數(shù)為5，輸出層節(jié)點數(shù) 為1的三層前饋網(wǎng)絡，各節(jié)點之間的連接權系數(shù)的確定方法為首先用一個調(diào)壓 器供電的大功率電阻作為熱源，用一個高精度溫度傳感器來采集真實的被測點溫 度(")，通過調(diào)節(jié)大功率電阻上的電壓，獲得一系列的被測點溫度(")，并從半導體吸收式光纖溫度傳感器(2)的輸出端獲得相應的光電轉(zhuǎn)換電壓(y)，數(shù)據(jù)記錄間隔取為2秒；然后對高精度溫度傳感器采集的被測點溫度(W)，進行五點平均濾波，對獲得的光電轉(zhuǎn)換電壓(y)也進行五點平均濾波，再用五點求導法得到光電轉(zhuǎn)換電壓的導數(shù)少，最終形成用來確定靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(32)的各連接權系數(shù)的訓練樣本集Uy， 基于獲得的數(shù)據(jù)所構成的訓練樣本集((Y，少}，"}，對靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(32)進行訓練，確定靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(32)的各連接權系數(shù)。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種光纖溫度測量裝置的構建方法，其特征在于 神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器(3)采用單片機(42)及其外圍設備實現(xiàn)；光電轉(zhuǎn)換電壓(^ )通過AD轉(zhuǎn)換器(41)轉(zhuǎn)換成相應的數(shù)字量，并以中斷方式讀入單片機(42)，單片機(42)對讀入的光電轉(zhuǎn)換電壓(j;)進行五點平均濾波后，進行神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償，得到動態(tài)補償結果并通過顯示單元(43)輸出，同時根據(jù)動態(tài)補償 結果是否越限驅(qū)動報警單元(44)輸出相應的報警信息。
全文摘要
一種光纖溫度測量裝置的構建方法，用來構建適用于高壓電力設備，并且具有較好的動態(tài)性能和測量精度以及較低的制造成本的溫度測量裝置。它由半導體吸收式光纖溫度傳感器(2)和神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器(3)串聯(lián)構成；半導體吸收式光纖溫度傳感器(2)用來完成被測點溫度到光電轉(zhuǎn)換電壓的轉(zhuǎn)換；神經(jīng)網(wǎng)絡逆動態(tài)補償器(3)由微分器(31)和靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(32)構成，并由單片機及其外圍設備實現(xiàn)，用來得到動態(tài)補償結果，完成對光電轉(zhuǎn)換電壓的動態(tài)補償，提高溫度測量的精度和動態(tài)性能。
文檔編號G01K11/00GK101344439SQ200810021980
公開日2009年1月14日 申請日期2008年8月20日 優(yōu)先權日2008年8月20日
發(fā)明者丁煜函, 戴先中 申請人:東南大學