基于BOTDA技術(shù)的電纜溫度監(jiān)測
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2 電纜的分布式布里淵散射光纖傳感器實(shí)驗(yàn)
本實(shí)驗(yàn)的目的有兩個(gè)。1)通過光纖測溫獲取電纜溫度變化數(shù)據(jù)；2)驗(yàn)證布里淵光纖溫度測量設(shè)備的性能。實(shí)驗(yàn)電路的搭建如下所述。
將BOTDA的分布式光纖溫度應(yīng)變分析儀與實(shí)驗(yàn)電纜內(nèi)的2根光纖，熔接在一起形成一個(gè)回路，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析。實(shí)驗(yàn)時(shí)將電纜的一端，通過象鼻子將銅纜1和銅纜3連接，電纜的另一端的銅纜1和銅纜3分別接到大電流發(fā)生器的正負(fù)極。將電纜連接成回路，用于電纜加熱。分布式布里淵散射光纖傳感器測得的數(shù)據(jù)如圖2所示。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/161061.htm
分布式布里淵散射光纖傳感器能基本探測到電纜內(nèi)部溫度的變化和溫度的分布。從同時(shí)刻不同位置電纜溫度的變化曲線可以看出，溫度變化先升溫后下降。這種情況和實(shí)際情況是吻合的。因?yàn)殡娎|兩端的銅纜是裸露在空氣中的，銅纜的中間部分是包裹在護(hù)套和鎧裝中的，所以電纜的溫度變化是先升溫后下降，然后在升溫，最后是下降。由此可以得出，分布式布里淵散射光纖傳感器可以測出電纜內(nèi)部溫度的變化。
為了驗(yàn)證基于分布式布里淵散射光纖傳感器測溫誤差小，而且能夠測量出電纜溫度的變化趨勢和實(shí)際溫度變化趨勢基本吻合的。本實(shí)驗(yàn)采用了熱電偶去測量電纜線芯溫度的變化，與光纖測溫作對比分析。
3 數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析
為了驗(yàn)證我們得到的溫度數(shù)據(jù)的正確性以及更直觀的分析出電纜溫度的變化，我們對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合處理。首先我們通過濾波器濾除由于忽略工作環(huán)境下實(shí)驗(yàn)設(shè)備測量不準(zhǔn)確性帶來的誤差；然后我們將這些剔除誤差的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合處理；最后我們通過數(shù)據(jù)擬合的數(shù)據(jù)曲線來分析溫度的變化趨勢。文中用最小二乘法對處理后實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合。
最小二乘法基本原理：從整體上考慮近似函數(shù)p(x)同所給數(shù)據(jù)點(diǎn)(xi，yi)(i=0，1，…，m)誤差ri=p(xi)-yi(i=0，1，…，m)的大小，常用的方法有以下3種：1)誤差ri=p(xi)-yi(i=0，1，…，m)絕對值的最大值
，即誤差向量r=(r0，r1，…，rm)T的∞-范數(shù)；2)誤差絕對值的和，即誤差向量r的1-范數(shù)；3)誤差平方和
的算術(shù)平方根，即誤差向量r的2-范數(shù)；前兩種方法簡單、自然，但不便于微分運(yùn)算，后一種方法相當(dāng)于考慮2-范數(shù)的平方，因此在曲線擬合中常采用誤差平方和來度量誤差ri(i=0，1，…，m)的整體大小。
數(shù)據(jù)擬合的具體作法是：對給定數(shù)據(jù)(xi，yi)(i=0，1，…，m)，在取定的函數(shù)類φ中，求p(x)=φ，使誤差ri=p(xi)-yi(i=0，1，…，m)的平方和最小，即
從幾何意義上講，就是尋求與給定點(diǎn)(xi，yi)(i=0，1，…，m)的距離平方和為最小的曲線y=p(x)。函數(shù)P(x)稱為擬合函數(shù)或最小二乘解，求擬合函數(shù)p(x)的方法稱為曲線擬合的最小二乘法。
通過Matlab編程去除了數(shù)據(jù)中的誤差并繪出了海纜數(shù)據(jù)處理后的溫度變化曲線。如下圖3和圖4所示。
評(píng)論