CN107545684B - 一种分布式光纤振动传感系统中的多点扰动事件报警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式光纤振动传感系统中的多点扰动事件报警方法，所述方法包括以下步骤：建立ψ‑OTDR分布式光纤振动传感系统；信息处理单元通过OTDR技术将其接收到的第一计算值转换为空间域的位置分布，并为第一计算值超出设定阈值的位置点设定事件；判断是否有位置点的计算值超出设定阈值；当已经对某个事件进行连续判断20次后，该事件结束，得到该事件初始值的最终值，判断该事件初始值的最终值是否大于设定的报警阈值d，如果大于则对该事件进行报警，小于则不报警。本发明达到了同时实时监测多个报警事件并有效区报警事件是否是同一事件的效果。

Description

一种分布式光纤振动传感系统中的多点扰动事件报警方法

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种分布式光纤振动传感系统中的多点扰动事件报警方法。

背景技术

随着社会的发展、科技的进步，针对各种社会财产和公共设施的保护逐渐受到重视，尤其对于交通线路、能源管线、通信线路这些位置固定而地理范围较广的防务目标而言，其迫切的需求是安全预警系统具有超长距离的实时安全监测情况下，能够进行面对多事件同时发生时同时精确报警；满足此类需求的难点在于：1.具有超长距离实时预警能力；2.对长距离实时监测管线发生的多预警事件进行实时同时报警；3.对分辨率限制下存在干扰源进行排除，根据实际，一定程度上排除冗余报警。

分布式光纤管线安全预警系统基于瑞利后向散射光干涉原理，其传感原理如图1所示，将窄线宽脉冲激光输入传感光纤中，光在光纤中的后向瑞利散射会产生干涉，进而能够增强传输光的能量，当光纤某处受到扰动事件时，该处光纤的折射率会发生变化，进而使传输光的相位发生变化，导致光强产生变化，用光电探测器实时检测接收的光强大小，当检测到光强发生变化时，根据OTDR原理，可以计算出光强发生变化的位置，进而报警。

现有同类分布式光纤振动传感系统，其采取的报警策略中，没有分别为多点同时记录接收值的变化，以及对于一定区域内的报警事件没有归于同一事件，该类方法的缺点在于，不能进行多点同时报警以及容易发生冗余报警事件发生。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术不足，提供了一种分布式光纤管线安全预警系统中的多点扰动事件报警策略，解决了传统上算法不能针对在同一时刻发生的多个报警事件以及对同一报警事件无法进行有效区分从而产生冗余报警的问题，达到同时实时监测多个报警事件并有效区报警事件是否是同一事件的效果。

本发明包括如下技术方案：一种分布式光纤振动传感系统中的多点扰动事件报警方法，所述方法包括以下步骤：

S1,建立ψ-OTDR分布式光纤振动传感系统；在ψ-OTDR分布式光纤振动传感系统中通过声光调制器将连续激光调制成脉冲激光信号输入传感光纤，同时通过光电探测器接收每个脉冲激光信号的散射光信号并转化为电信号传给高速数据采集卡，由高速数据采集卡中的FPGA模块对高速数据采集卡接收到的多组信号进行差分绝对值累加计算得到第一计算值，并将第一计算值上传至信息处理单元；

S2,信息处理单元通过OTDR技术将其接收到的第一计算值转换为空间域的位置分布，并为第一计算值超出设定阈值的位置点设定事件，设定规则如下：当存在超出设定阈值的位置点L1时，将最高点的位置点设为事件A1，位置范围为L1±20m，该范围内的所有点均属于事件A1，为事件A1预设初始值，初始值的数值为a；超出L1±20m这个范围外如果还有位置点的值超出设定阈值，则将这些点的最高点位置L2则记为新的事件A2,位置范围L2±20m范围内的点均属于事件A2，为事件A2预设初始值，初始值的数值为a；以此类推，最多设置5个事件；

S3,高速数据采集卡中的FPGA模块对高速数据采集卡接收到的另一个多组信号进行差分绝对值累加计算得到第二计算值，并将第二计算值上传至信息处理单元，信息处理单元接收第二计算值，判断是否有位置点的计算值超出设定阈值，如果存在则计算超出阈值的点的位置，如果这些位置点属于步骤S2中已存在的某事件位置范围中，则为该事件的初始值的数值a加上设定值b使得初始值变为a+b，如果步骤S2中的所有事件位置范围区域内没有超出设定阈值的点位时，则为该事件的初始值的数值a减去设定值b使得初始值变为a-b；如果步骤S2中已存在的事件个数少于5，且已存在的事件位置范围区域外仍存在超出设定阈值点时，则将这些点的最高值对应的位置点记为新事件，并为该事件赋予初始值a，总事件数不得多于5；

S4，重复步骤S3，当已经对某个事件进行连续判断20次后，该事件结束，得到该事件初始值的最终值，判断该事件初始值的最终值是否大于设定的报警阈值d，如果大于则对该事件进行报警，小于则不报警。

上述分布式光纤振动传感系统中的多点扰动事件报警方法中，在步骤S1中，多组信号为50-60组信号。

上述分布式光纤振动传感系统中的多点扰动事件报警方法中，所述ψ-OTDR分布式光纤振动传感系统包括激光器、声光调制器、波形发生器、环形器、掺铒光纤放大器、拉曼激光放大器、传感光纤、光电探测器、高速数据采集卡、滤波器、第一隔离器、第二隔离器和信息处理单元；其中，激光器、掺铒光纤放大器、环形器、滤波器、光电探测器、高速数据采集卡和信息处理单元依次相连接；声光调制器通过波形发生器与高速数据采集卡相连接；环形器通过波分复用器、传感光纤与第一隔离器相连接；环形器通过波分复用器与第二隔离器相连接，第二隔离器与拉曼激光放大器相连接。

上述分布式光纤振动传感系统中的多点扰动事件报警方法中，所述激光器为窄线宽激光器。

上述分布式光纤振动传感系统中的多点扰动事件报警方法中，所述信息处理单元为计算机。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)现有其他报警策略，无法同时监测多点位置，本发明结合光时域反射技术，可进行实时多点同时报警监测；

(2)与现有的其他分类方法相比较，设定超出能量阈值±20m范围之内的事件为同一事件，在满足分辨率的条件下符合实际，可以避免对一事件的多次冗余报警。

附图说明

图1为本发明的ψ-OTDR分布式光纤振动传感系统的框图；

图2为本发明实时多点扰动同时监测及报警算法流程图；

图3为本发明实时多点扰动同时监测及报警算实现法效果图。

具体实施方式

下面就结合附图对本发明做进一步介绍。

图1为本发明的ψ-OTDR分布式光纤振动传感系统的框图。如图1所示，该ψ-OTDR分布式光纤振动传感系统由激光器、声光调制器、环形器、掺铒光纤放大器、拉曼激光放大器、传感光纤、光电探测器、高速数据采集卡、滤波器、第一隔离器、第二隔离器和信息处理单元组成。由激光器发出超窄线宽连续激光，经声光调制器变为脉冲激光，再经掺铒光纤放大器对脉冲激光进行放大，经环形器输入波分复用器进入外接传感光纤，光电探测器用来探测脉冲激光在传感光纤中的散射信号，并将光信号转换为电信号，输入高速数据采集卡进行采集并由高速数据采集卡中的FPGA模块对多次采集到的数据进行差分绝对值累加，上传至信息处理单元进行采样获得采样信号，利用光时域反射技术进行空间域上的能量分布分析，并由多点扰动事件报警策略在计算机中进行计算判断是否发生报警事件。进一步的，信息处理单元可以选择为计算机。

多点扰动事件报警策略如图2所示，具体包括如下步骤：

S1,建立ψ-OTDR分布式光纤振动传感系统；在ψ-OTDR分布式光纤振动传感系统中通过声光调制器将连续激光调制成脉冲激光信号输入传感光纤，同时通过光电探测器接收每个脉冲激光信号的散射光信号并转化为电信号传给高速数据采集卡，由高速数据采集卡中的FPGA模块对高速数据采集卡接收到的多组信号进行差分绝对值累加计算得到第一计算值，并将第一计算值上传至信息处理单元；

S2,信息处理单元通过OTDR技术将其接收到的第一计算值转换为空间域的位置分布，并为第一计算值超出设定阈值的位置点设定事件，设定规则如下：当存在超出设定阈值的位置点L1时，将最高点的位置点设为事件A1，位置范围为L1±20m，该范围内的所有点均属于事件A1，为事件A1预设初始值，初始值的数值为a；超出L1±20m这个范围外如果还有位置点的值超出设定阈值，则将这些点的最高点位置L2则记为新的事件A2,位置范围L2±20m范围内的点均属于事件A2，为事件A2预设初始值，初始值的数值为a；以此类推，最多设置5个事件；

S3,高速数据采集卡中的FPGA模块对高速数据采集卡接收到的另一个多组信号进行差分绝对值累加计算得到第二计算值，并将第二计算值上传至信息处理单元，信息处理单元接收第二计算值，判断是否有位置点的计算值超出设定阈值，如果存在则计算超出阈值的点的位置，如果这些位置点属于步骤S2中已存在的某事件位置范围中，则为该事件的初始值的数值a加上设定值b使得初始值变为a+b，如果步骤S2中的所有事件位置范围区域内没有超出设定阈值的点位时，则为该事件的初始值的数值a减去设定值b使得初始值变为a-b；如果步骤S2中已存在的事件个数少于5，且已存在的事件位置范围区域外仍存在超出设定阈值点时，则将这些点的最高值对应的位置点记为新事件，并为该事件赋予初始值a，总事件数不得多于5；

S4，重复步骤S3，当已经对某个事件进行连续判断20次后，该事件结束，得到该事件初始值的最终值，判断该事件初始值的最终值是否大于设定的报警阈值d，如果大于则对该事件进行报警，小于则不报警；

进一步包括：S5，重复步骤S3,S4。

报警算法效果如图3所示：由高速数据采集卡向上位机软件上传数据，每一次上传数据，上位机将根据多点扰动事件报警方法进行采集并进行判断，求出产生的事件及对应的初始值，当对某事件进行计算20次后，判断其初始值是否大于预设报警阈值，如果大于，则该事件是报警事件，进行报警，否则则不报警。

现有其他报警策略，无法同时监测多点位置，本发明结合光时域反射技术，可进行实时多点同时报警监测；与现有的其他分类方法相比较，设定超出能量阈值±20m范围之内的事件为同一事件，在满足分辨率的条件下符合实际，可以避免对一事件的多次冗余报警。

以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种分布式光纤振动传感系统中的多点扰动事件报警方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1,建立ψ-OTDR分布式光纤振动传感系统；在ψ-OTDR分布式光纤振动传感系统中通过声光调制器将连续激光调制成脉冲激光信号输入传感光纤，同时通过光电探测器接收每个脉冲激光信号的散射光信号并转化为电信号传给高速数据采集卡，由高速数据采集卡中的FPGA模块对高速数据采集卡接收到的多组信号进行差分绝对值累加计算得到第一计算值，并将第一计算值上传至信息处理单元；

S2,信息处理单元通过OTDR技术将其接收到的第一计算值转换为空间域的位置分布，并为第一计算值超出设定阈值的位置点设定事件，设定规则如下：当存在超出设定阈值的位置点L1时，将最高点的位置点设为事件A1，位置范围为L1±20m，该范围内的所有点均属于事件A1，为事件A1预设初始值，初始值的数值为a；超出L1±20m这个范围外如果还有位置点的值超出设定阈值，则将这些点的最高点位置L2则记为新的事件A2,位置范围L2±20m范围内的点均属于事件A2，为事件A2预设初始值，初始值的数值为a；以此类推，最多设置5个事件；

S3,高速数据采集卡中的FPGA模块对高速数据采集卡接收到的另一个多组信号进行差分绝对值累加计算得到第二计算值，并将第二计算值上传至信息处理单元，信息处理单元接收第二计算值，判断是否有位置点的计算值超出设定阈值，如果存在则计算超出阈值的点的位置，如果这些位置点属于步骤S2中已存在的某事件位置范围中，则为该事件的初始值的数值a加上设定值b使得初始值变为a+b，如果步骤S2中的某事件位置范围区域内没有超出设定阈值的点位时，则为该事件的初始值的数值a减去设定值b使得初始值变为a-b；如果步骤S2中已存在的事件个数少于5，且已存在的事件位置范围区域外仍存在超出设定阈值点时，则将这些点的最高值对应的位置点记为新事件，并为该事件赋予初始值a，总事件数不得多于5；

S4，重复步骤S3，当已经对某个事件进行连续判断20次后，该事件结束，得到该事件初始值的最终值，判断该事件初始值的最终值是否大于设定的报警阈值d，如果大于则对该事件进行报警，小于则不报警。

2.根据权利要求1所述的分布式光纤振动传感系统中的多点扰动事件报警方法，其特征在于，在步骤S1中，多组信号为50-60组信号。

3.根据权利要求1所述的分布式光纤振动传感系统中的多点扰动事件报警方法，其特征在于，所述ψ-OTDR分布式光纤振动传感系统包括激光器、声光调制器、波形发生器、环形器、掺铒光纤放大器、拉曼激光放大器、传感光纤、光电探测器、高速数据采集卡、滤波器、第一隔离器、第二隔离器和信息处理单元；其中，

激光器、掺铒光纤放大器、环形器、滤波器、光电探测器、高速数据采集卡和信息处理单元依次相连接；

声光调制器通过波形发生器与高速数据采集卡相连接；

环形器通过波分复用器、传感光纤与第一隔离器相连接；

环形器通过波分复用器与第二隔离器相连接，第二隔离器与拉曼激光放大器相连接。

4.根据权利要求3所述的分布式光纤振动传感系统中的多点扰动事件报警方法，其特征在于，所述激光器为窄线宽激光器。

5.根据权利要求3所述的分布式光纤振动传感系统中的多点扰动事件报警方法，其特征在于，所述信息处理单元为计算机。