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专利号: 2018110853668
申请人: 天津科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-04-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于BP神经网络的FBG温度标定方法,其特征在于包括以下过程:FBG中心波长及热电偶温度数据获取

1)将FBG用导热胶粘贴在加热板上并置于液氮冷却的真空罐中;

2)将光纤光栅解调仪连接到FBG,并通过通信协议将原始光谱数据传输到上位PC机;

3)利用拟合算法从原始光谱数据中获得FBG中心波长;

4)将固定在FBG附近的两个热电偶温度数据传输到上位PC机;

5)在加热板下部固定的两个铂电阻通过上位PC机实现闭环温度控制;

将所采集的FBG中心波长及热电偶温度数据作为样本,对BP神经网络进行训练和测试,具体过程包括:A.BP神经网络的构建

BP神经网络采用3层结构,分别为:输入层、隐含层、输出层;输入层与输出层节点数与样本数一致,隐含层节点数应在保证测量精度的情况下尽可能少,以提高网络收敛速度;设定BP神经网络的各项参数,包括:迭代次数、误差指标、学习率,并对BP神经网络的全局参数,权值、阈值预先初始化;

B.BP神经网络的训练

通过训练算法对BP神经网络进行训练,具体步骤如下:第一步:计算隐含层输出;

第二步:计算输出层输出;

具体BP神经网络隐含层输出与输出层输出计算过程为:其中, 为l层节点i输入的加权总和; 为l层节点j与l+1层节点i的连接权值;

为l+1层节点i的偏置; 为l层节点i的即输出值;f为激活函数;

若写成矩阵形式,则为:

z(l+1)=w(l)a(l)+b(l)   (3)a(l)=f(z(l))  (4)

hw,b(x)=a(nl)   (5)

其中,x=[x1,x2,...,xm]T为输入向量;nl为网络的层数;z(l),a(l),b(l)分别为与式(1)对应的向量;W(l)为权值矩阵;hW,b(x)为神经网络输出;

第三步:计算误差,若训练样本为{(x(1),y(1)),(x(2),y(2),...,(x(k),y(k) )} ,则网络总体预测误差J(W,b)是实际输出与期望输出之间的差值;

其中,k为训练样本个数;

第四步:更新全局参数,利用损失函数的梯度来更新全局参数;

第五步:判断误差是否在允许范围之内,若在则结束,反之则返回第二步;

C.对训练好的BP神经网络进行测试

选取部分FBG波长-温度数据对训练好的BP神经网络进行测试,将采集到的FBG中心波长数据输入已经训练完毕的网络,然后通过计算热电偶实际测量温度与BP神经网络输出温度之间的误差来测试该BP神经网络模型;

BP神经网络模型达到设计精度后,将采集FBG中心波长数据输入到该模型即可实现温度标定;通过计算网络输出与热电偶实测温度间最大绝对误差及均方根误差,实现结果评定。

2.如权利要求1所述的一种基于BP神经网络的FBG温度标定方法,其特征在于:所述通信协议为TCP/IP协议。

3.如权利要求1所述的一种基于BP神经网络的FBG温度标定方法,其特征在于:所述从原始光谱数据中得到FBG中心波长的拟合算法为Gaussian算法。

4.如权利要求1所述的一种基于BP神经网络的FBG温度标定方法,其特征在于:所述FBG中心波长及热电偶温度数据采集为每6秒一存,共采集50个循环。

5.如权利要求1所述的一种基于BP神经网络的FBG温度标定方法,其特征在于:所述FBG中心波长及热电偶温度数据采集为在设定的采样时间内,当每个热电偶最高温度和最低温度相差不超过设定阈值时,且该设定阈值可调,对热电偶温度数据及FBG中心波长分别取平均值作为稳定时的波长-温度数据对。

6.如权利要求1所述的一种基于BP神经网络的FBG温度标定方法,其特征在于:所述BP神经网络模型隐含层数、隐含层节点数均可调。

7.如权利要求1所述的一种基于BP神经网络的FBG温度标定方法,其特征在于:所述BP神经网络隐含层激活函数为tansig函数,输出层激活函数为purelin函数。

8.如权利要求1所述的一种基于BP神经网络的FBG温度标定方法,其特征在于:所述BP神经网络训练算法为L-M优化算法。

9.如权利要求1所述的一种基于BP神经网络的FBG温度标定方法,其特征在于:所述BP神经网络的迭代次数、误差指标、学习率均可调。

10.如权利要求1所述的一种基于BP神经网络的FBG温度标定方法,其特征在于:所述BP神经网络的全局参数包括初始权值、阈值,且均预先置为趋近于0的随机数值。