其中: 是转换向量对应第i类波形模式的欧几里得距离平方;
Y是转换向量;
是第i类波形模式的特征向量。
比较 ,其中的最小值表明转换向量Y与此类波形模式最为相似,波形应归入此类。
3、异常判别和评价
应变曲线经过模式识别处理,被分割成若干个波形单元,其波形特征也被转化成计算机可以识别的波形代码,由此,应变曲线被抽象成为一系列波形单元的连续组合,每个波形单元只包含三个元素:波形代码、平均值和标准偏差。所以,对于应变曲线的分析,可以分解成对若干个波形单元的异常判别,再将相邻的异常单元合并成异常区域,根据区域内的波形代码组合,逐一对各异常区域的光纤变形情况进行评价。
对波形单元的异常判别,是多种判别条件的组合,其阀值设定和组合形式将根据监测项目的具体情况而定,最常用的有以下几类:
1.平均值超过预设阀值,即视为可疑单元;
2.标准偏差超过预设阀值,即视为可疑单元;
3.当标准偏差较小时,不论波形模式的分类,一律视为水平线;
4.波形模式为峰线、谷线等敏感模式,且不满足条件3,即视为可疑单元;
在实际监测工作中,光纤通常被布设在结构体上,由于结构变形的特殊性,与之保持同步的光纤变形往往局限在有限的几种方式上,因此,只要总结出几种主要的光纤变形方式,并建立与波形代码组合的对应关系,计算机就可以自动识别光纤变形的类型,并做出评价。
4.4.3监测实例
图4.5是某隧道中部一节90m箱体在2003年5月份一个月间的轴向应变变化分布图,光纤沿隧道轴向布设在混凝土表面,与混凝土保持同步变形。监测期间隧道内温度上升明显,受温度应力作用,混凝土膨胀变形;从图4.6中也可看出光纤的不均匀变形,局部升高较大。根据混凝土抗压性能好、抗拉性能差的特点,对应变升高的区域要尤其注意。
运用MATLAB程序对应变数据进行模式识别和异常判别后发现3个异常区域,分别位于690.75.692.75m、705.708.5m和712.715.5m处(见图4.6)。其中每个区域都包含有3个波形单元,其波形代码组合分别为4/0/-4、3/-2/-3和2/1/-3。
图4.5.南京市某隧道部分应变监测曲线
图4.6.计算机数据处理MATLAB反演图
分析发现,这三种波形代码组合,都具有相同的特征:第一个代码大于0,属于上升波形,第二代码接近0,多属平缓波形,第三个代码小于0,属下降波形。这些共同特征表明它们对应于同一种光纤变形,即局部拉伸变形。反映在混凝土结构上,便是有三处发生轴向膨胀变形,见表4.4。
表4.4 南京某隧道中部90m箱体异常变形区域列表
异常区域编号 起始位置(m) 结止位置(m) 变形方式 应变(με)* 长度(m)
1 691.75 692.75 轴向膨胀变形 168 1
2 706 708.5 轴向膨胀变形 336 2.5
3 713 715.5 轴向膨胀变形 303 2.5
*注:应变值取自异常区域中间平缓波形的最高值
4.5测温模型
根据布里渊频移的原理如果光纤受到外力作用不变或无外力作用时,受力段段光纤的布里渊频移和温度改变量成正比,可以建立测温模型:
(4.3) 分布式光纤传感技术与工程应用研究(18):http://www.youerw.com/gongcheng/lunwen_2413.html