纳特传感输出微噪声傅里叶级数校正方法技术

本发明专利技术公开了一种纳特传感输出微噪声傅里叶级数校正方法，通过纳特传感器感知所处环境大地磁场变化进而计算出单个仪器本身在x、y、z三个方向的位移变化，将多个纳特传感器串联即可测量路基的变形在预设时间段内通过纳特传感器采集坡面位移变化量，对于纳特传感器通过傅里叶级数对采集的非周期性离散数据进行拟合，并在拟合系数R2＞0.9的情况下，将离散数据分解为三角函数相加的形式，把非周期性离散数据用周期性函数进行拟合，并根据拟合结果对纳特传感器的数据漂移进行修正，修正的值为仪器本身采集的在x、y、z三个方向的位移变化值。值。值。

【技术实现步骤摘要】
纳特传感输出微噪声傅里叶级数校正方法


[0001]本专利技术涉及传感器数据修正领域，尤其涉及一种纳特传感输出微噪声傅里叶级数校正方法。

技术介绍

[0002]随着国民经济和科技水平的快速发展，人类的工程活动越来越频繁，规模也越来越大。近年来我国大力发展基础设施建设，水坝坝基、高速公路、高速铁路、大跨径桥梁、高难度隧道等一系列建设难题都被中国的工程师们一一解决。边坡稳定性问题几乎在所有的工程建设中都会出现，边坡失稳具有突然性、破坏性大等特点，如何做到对大范围边坡实行实时连续监测并在变形超过阈值的时候采取适当的预警措施，通知现场安全负责人及时做好疏散等应急工作，将财产损失和人员伤亡降到最低无疑成为了边坡稳定性问题的重中之重，与此同时许多学者也正在为边坡变形监测贡献自己的一份力，期待早日将该难题解决。
[0003]众所周知，边坡局部变形过大是发生滑坡等地质灾害的前兆，而使用传感器等工程技术不仅能大大提高监测的效率，节约劳动力，还可以使工作人员实时了解各种工况下边坡的变形情况，是边坡监测智能化、自动化的必然发展趋势。
[0004]无论是用传统的全站仪监测边坡变形，还是使用传感器监测边坡变形，都会存在仪器本身的误差、环境因素等导致的误差，与此同时基于对于边坡的监测是全天候的情况，储存和处理的数据会越来越多，从而导致对边坡变形的记录和预测逐渐产生较大的误差，传感器测量的精确性和准确度无法得到保证。
[0005]纳特传感器是一种基于地磁场的监测边坡位移的传感器，传感器内部具有可以感知地磁场变化的芯片，通过测量地磁场在x、y、z三个方向的变化量，可计算得到纳特传感器在x、y、z三个方向的位移变化量Δx、Δy、Δz，进而可通过多个纳特传感器的位移叠加并将位移点连接以反映边坡的位移，做好对边坡的安全预警工作。该传感器具有24h实时监测、可操作性高等特点，广泛运用于实际工程建设中。
[0006]基于纳特传感器的实时性、可操作性高等优点，其被广泛应用于边坡、隧道变形监测等工程建设中。
[0007]然而，所有的电子元器件都会存在漂移的情况，漂移一般是指零点漂移和温度漂移。传感器零点产生漂移的原因很多。
[0008]对智能传感器：
①
时漂——即对系统而言，随着时间的增加，相当于对系统进行老化处理，这样，系统的结构特征就要发生变化，从而产生漂移；
②
温漂——受温度影响而引起的零点不稳定。现代科学技术高度发展的形式下，对测量的精度要求越来越高，因此减小或消除温度带来的传感器误差显得尤为重要。
[0009]本专利技术使用傅里叶级数对非周期性离散数据进行拟合，可以在拟合系数R2＞0.9的情况下，将离散数据分解为三角函数相加的形式，把非周期性离散数据用周期性函数进行拟合，有利于对传感器数据漂移进行修正。通过分析拟合后的周期性函数，可以得到离散数据的频谱特性，进一步对于传感器出现漂移现象的原因进行分析，以期在以后的监测中
从根本上消除漂移对传感器的影响。

技术实现思路

[0010]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术公开一种纳特传感输出微噪声傅里叶级数校正方法，通过纳特传感器感知所处环境大地磁场变化进而计算出单个仪器本身在x、y、z三个方向的位移变化，将多个纳特传感器串联即可测量路基的变形在预设时间段内通过纳特传感器采集坡面位移变化量，对于纳特传感器通过傅里叶级数对采集的非周期性离散数据进行拟合，并在拟合系数R2＞0.9的情况下，将离散数据分解为三角函数相加的形式，把非周期性离散数据用周期性函数进行拟合，并根据拟合结果对纳特传感器的数据漂移进行修正。
[0011]更进一步地，将传感器得出的数据为受漂移影响的数据定义为实测值，根据统计原始数据的频数进行加权平均计算得到加权平均数定义为理论值，然后将实测值与理论值作差得到漂移值，对漂移值进行傅里叶级数拟合。定义拟合系数R2为评价拟合程度的参数，R2的含义是该预测模型所能解释的变量的方差的比例，方差衡量的是变量取值的分散程度或者波动范围，方差越小，说明变量的波动越小，最后将实测值与拟合后的漂移值作差对纳特传感器的数据漂移进行修正。
[0012]更进一步地，定义拟合系数R2的表达式为：
[0013][0014]其中，y
i
为漂移值，y为拟合值，为平均值。
[0015]更进一步地，R2的取值范围为：
[0016]R2＝1，理想状况，说明该模型对所有的真值预测准确；
[0017]0＜R2＜1，常见状况，说明该模型的拟合水平比均值模型要好；
[0018]R2＝0，说明该模型的拟合水平接近均值模型，该模型没有价值；
[0019]R2＜0，说明该模型的拟合水平不如均值模型；
[0020]R2的范围为(
‑
∞，1]。
[0021]更进一步地，当采集的数据达到预设数据个数时，拟合系数R2最大时对应的傅里叶展开次数n
max
，得到了数据个数与最佳傅里叶展开次数n
max
的线性关系，所以当数据个数增加时，可以按照所述数据个数与最佳傅里叶展开次数之间的线性关系得到最佳的n，减小了计算量。
[0022]更进一步地，设f(x)是周期为2π的周期函数，且能展开成如下形式：
[0023][0024]其中：
[0025][0026][0027][0028]其中，称为f(x)的傅里叶系数，当f(x)满足狄利克雷充分条件时，傅里叶级数收敛；狄利克雷充分条件如下：
[0029]设f(x)是周期为2π的周期函数，如果它满足条件：
[0030]第一、f(x)在[
‑
π,π]上连续或只有有限个第一类间断点；
[0031]第二、函数f(x)在[
‑
π,π]上只有有限个极值点，
[0032]则f(x)的傅里叶级数收敛，且有
[0033]a、当x是f(x)的连续点，级数收敛于f(x)；
[0034]b、当x是f(x)的间断点，级数收敛于
[0035]更进一步地，纳特传感器是一种通过感知所处环境大地磁场变化进而计算出单个仪器本身在x、y、z三个方向的位移变化，将多个纳特传感器串联即可测量路基的变形：
[0036]Δx＝L
×
sinγ
×
cosθ(式5)
[0037]Δy＝L
×
sinγ
×
sinθ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(式6)
[0038]Δz＝L
×
cosγ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(式7)
[0039]式中γ——纳特传感器轴向与磁北轴的夹角；
[0040]θ——纳特传感器轴线在水平方向投影与x轴的夹角。
[0041][0042][0043][0044]式中x
n
、y
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳特传感输出微噪声傅里叶级数校正方法，其特征在于，通过纳特传感器感知所处环境大地磁场变化进而计算出单个仪器本身在x、y、z三个方向的位移变化，通过纳特传感器采集坡面位移变化量，即通过将多个纳特传感器串联测量在预设时间段内的路基的变形，对于纳特传感器通过傅里叶级数对采集的非周期性离散数据进行拟合，并在拟合系数R2＞0.9的情况下，将离散数据分解为三角函数相加的形式，把非周期性离散数据用周期性函数进行拟合，并根据拟合结果对纳特传感器的数据漂移进行修正。2.如权利要求1所述的一种纳特传感输出微噪声傅里叶级数校正方法，其特征在于，传感器得出的数据为受漂移影响的数据，将所述传感器测得数据定义为实测值，根据统计原始数据的频数进行加权平均计算得到加权平均数定义为理论值，然后将实测值与理论值作差得到漂移值，对漂移值进行傅里叶级数拟合；定义拟合系数R2为评价拟合程度的参数，R2的含义是该预测模型所能解释的变量的方差的比例，方差衡量的是变量取值的分散程度或者波动范围，方差越小，说明变量的波动越小，最后将实测值与拟合后的漂移值作差对纳特传感器的数据漂移进行修正。3.如权利要求2所述的一种纳特传感输出微噪声傅里叶级数校正方法，其特征在于，定义拟合系数R2的表达式为：其中，y
i
为漂移值，y为拟合值，为平均值。4.如权利要求3所述的一种纳特传感输出微噪声傅里叶级数校正方法，其特征在于，R2的取值范围为：R2＝1，理想状况，说明该模型对所有的真值预测准确；0＜R2＜1，常见状况，说明该模型的拟合水平比均值模型要好；R2＝0，说明该模型的拟合水平接近均值模型，该模型没有价值；R2＜0，说明该模型的拟合水平不如均值模型；R2的范围为(
‑
∞，1]。5.如权利要求1所述的一种纳特传感输出微噪声傅里叶级数校正方法，其特征在于，当采集的数据达到预设数据个数时，拟合系数R2最大时对应的傅里叶展开次数nmax，得到了数据个数与最佳傅里叶展开次数n
max
的线性关系，所以当数据个数增加时，可以按照所述数据个数与最佳傅里叶展开次数之间的线性关系得到最佳的n，减小...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕鑫龙，陈晓斌，金伟涛，熊家坤，叶鑫，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：