CN108257364B - 一种提高分布式光纤监测系统报警可靠性的方法 - Google Patents

一种提高分布式光纤监测系统报警可靠性的方法 Download PDF

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Abstract

一种提高分布式光纤监测系统报警可靠性的方法，在分布式光纤监测系统运行过程中，定时选取一组实时背向散射光信号数据；计算该组实时背向散射光信号数据的上包络曲线数据；对上包络曲线数据进行多项式曲线拟合处理,获取该上包络曲线函数表达式；根据上包络曲线函数表达式计算监测处理效果曲线各点对应的标定系数；所述的监测处理效果曲线横坐标表征整条监测用传感光纤的对应物理位置，纵坐标表征系统所监测的物理量强度；根据标定系数，对监测处理效果曲线进行标定处理；在分布式光纤监测系统运行过程中，定时将标定处理后的监测处理效果曲线上各点纵坐标值与报警阈值进行比较，超出报警阈值则发出警告。

Description

一种提高分布式光纤监测系统报警可靠性的方法
技术领域
本发明属于分布式光纤传感技术领域。
背景技术
分布式光纤传感系统能够对传感光纤上任意一点的振动、温度等信息进行感知和定位,广泛应用于周界安防、油气管线泄露、电力电缆、通信线路监测以及结构安全监测。
本发明涉及的分布式光纤监测系统基于OTDR原理，传感光纤沿线的振动、温度环境发生变化会引起对应位置光纤折射率的改变，该处背向散射光相位也随之发生改变，通过测量变化光强返回的时间即可计算出其位置信息，系统通过采集、解调背向散射光信号，就可以对整条传感光纤沿线的振动、温度等环境信息进行实时监测。
现有同类分布式光纤监测系统，都是通过对采集到的背向散射光信号解调进行解调，由于系统在整个传感光纤上光功率分布不同，会造成在传感光纤不同位置上，对振动、温度等环境信息感知的“灵敏度”各不相同，这种方法的缺点在于，由于传感光纤不同位置对于相同量级的振动、温度等环境信息响应各不相同，系统无法设置适当的报警阈值，对可能造成危害的振动、温度等环境扰动信息进行有效预警。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种提高分布式光纤监测系统报警可靠性的方法。
本发明的技术解决方案是：一种提高分布式光纤监测系统报警可靠性的方法，通过下述方式实现：
在分布式光纤监测系统运行过程中，定时选取一组实时背向散射光信号数据；
计算该组实时背向散射光信号数据的上包络曲线数据；
对上包络曲线数据进行多项式曲线拟合处理,获取该上包络曲线函数表达式；
根据上包络曲线函数表达式计算监测处理效果曲线各点对应的标定系数；所述的监测处理效果曲线横坐标表征整条监测用传感光纤的对应物理位置，纵坐标表征系统所监测的物理量强度；
根据标定系数，对监测处理效果曲线进行标定处理；
在分布式光纤监测系统运行过程中，定时将标定处理后的监测处理效果曲线上各点纵坐标值与报警阈值进行比较，超出报警阈值则发出警告。
进一步的，定时选取一组实时背向散射光信号数据的周期根据分布式光纤监测系统信号预处理算法的处理时间确定。
进一步的，每1ms完成一组实时背向散射光信号采集，优选每50ms完成一次信号的预处理运算，并同时提取该时刻一组实时背向散射光信号数据进行标定计算。
进一步的，根据分布式光纤传感系统的运行环境进行区域报警分区，在不同的报警分区内设置不同的报警阈值，同一个报警分区内采用一个统一的报警阈值。
进一步的，报警阈值的设置在无报警事件时背景噪声水平及发生需报警事件时监测处理效果曲线对应位置幅值变化情况之间，根据实际应用，考虑虚警率和误报率后确定。
进一步的，利用希尔伯特变换对所选取的实时背向散射光信号数据进行处理，将原始信号数据转换为复解析信号数据，再对复解析信号进行求模运算获取该组数据的上包络曲线。
进一步的，将监测处理效果曲线数据横坐标代入包络曲线函数表达式中，计算整条传感光纤的监测效果曲线各点所对应的标定系数。
进一步的，曲线上各点的对应物理空间间隔即系统空间采样间隔由系统采样频率决定：
Figure BDA0001534055070000031
式中，N为系统空间采样间隔，C为光速，n为光缆折射率，Fs为系统采样频率。
进一步的，标定处理为对整条传感光纤的监测效果曲线除以对应各点的标定系数。
进一步的，所监测的物理量包括温度、振动。
本发明与现有技术相比有益效果为：
(1)本发明为分布式光纤传感系统提供了信号标定功能，使系统能够克服在整个传感光纤中“灵敏度”不同的缺陷，可以帮助系统统一设置报警阈值，，实现对对可能造成危害的振动、温度等环境扰动信息进行有效预警，提高系统现场调试效率；
(2)本发明在帮助系统设置报警阈值的同时，考虑到分布式光纤传感系统在某些应用领域需要对报警事件类型进行识别，报警事件类型识别需要对发生报警时的监测效果曲线数据进行特征提取，在送入已训练好的分类器中进行对比分类，确定报警事件所对应的类型，帮助值守人员对报警事件进行处理，利用本发明中的标定算法对数据进行标定处理后，有助于提高报警事件类型分类算法在整条传感线路的识别准确性。
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2为实时信号数据上包络曲线拟合效果图。
具体实施方式
下面结合附图及实例对本发明作详细说明。
如图1所示，本发明一种提高分布式光纤监测系统报警可靠性的方法，具体步骤如下：
分布式光纤传感系统运行过程中，实时采集背向散射光干涉信号(下称实时信号数据)，根据分布式光纤传感系统响应时间，定时选取一组实时采集背向散射光信号数据，预设每50ms选取一组实时信号数据；
利用希尔伯特变换对所选取的实时信号数据进行处理，将原始信号转换为复解析信号，希尔伯特变换公式如下：
Figure BDA0001534055070000041
其中，x(t)为一组选取的实时信号数据，x。原始信号数据通过希尔伯特变换转换为复解析信号数据，再对复解析信号进行求模运算获取实时信号数据的上包络曲线。
实时信号数据上包络曲线拟合效果如图2所示，对实时信号数据上包络曲线进行多项式曲线拟合，获得上包络曲线函数表达式，拟合函数阶次可根据拟合效果及计算效率进行调整，预设多项式阶次为4次。
将监测效果曲线数据横坐标代入曲线拟合多项式中，实时计算整条传感光纤的监测效果曲线各点所对应的标定系数。
对整条监测线路的监测效果曲线除以对应各点的标定系数，实现对分布式光纤传感系统信号标定处理。
其中，系统监测处理效果曲线是通过对实时信号进行预处理解算得到，不同分布式光纤传感器系统的预处理算法不同，但是不论哪种预处理算法，得到的系统检测处理效果曲线都可以表示为：横坐标表征整个传感光纤物理位置，曲线纵坐标表征系统所监测振动、温度等物理量的强度。
曲线上各点的对应物理空间间隔即系统空间采样间隔由系统采样频率决定，其中系统空间采样间隔与采集卡采样频率关系如下式所示：
Figure BDA0001534055070000042
式中，N为系统空间采样间隔，C为光速，n为光缆折射率，Fs为采集卡采样频率。例如本系统预设采样频率为100MHz，对应于1m间隔，
考虑到整个传感光纤经过区域环境的复杂性，在设置报警阈值过程中，还可以在统一设置报警阈值基础上，对振动、温度环境特殊区域单独设置报警分区，进行报警阈值分析。报警阈值的设置需对无报警事件时背景噪声水平及发生需报警事件时监测处理效果曲线对应位置幅值变化情况，进行统计分析后确认，其中整个监测区域不同报警分区的划分需考虑传感光缆沿途背景环境噪声人员生产活动等干扰因素。
以上所述仅为本发明的优选实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明介绍的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (6)

1.一种提高分布式光纤监测系统报警可靠性的方法，其特征在于通过下述方式实现：
在分布式光纤监测系统运行过程中，定时选取一组实时背向散射光信号数据；定时选取一组实时背向散射光信号数据的周期根据分布式光纤监测系统信号预处理算法的处理时间确定，具体的：每1ms完成一组实时背向散射光信号采集，每50ms完成一次信号的预处理运算，并同时提取该时刻一组实时背向散射光信号数据进行标定计算；
利用希尔伯特变换对所选取的实时背向散射光信号数据进行处理，将原始信号数据转换为复解析信号数据，再对复解析信号进行求模运算获取该组数据的上包络曲线；
对上包络曲线数据进行多项式曲线拟合处理,获取该上包络曲线函数表达式；
根据上包络曲线函数表达式计算监测处理效果曲线各点对应的标定系数，具体为：将监测处理效果曲线数据横坐标代入包络曲线函数表达式中，计算整条传感光纤的监测效果曲线各点所对应的标定系数；所述的监测处理效果曲线横坐标表征整条监测用传感光纤的对应物理位置，纵坐标表征系统所监测的物理量强度；
根据标定系数，对监测处理效果曲线进行标定处理；
在分布式光纤监测系统运行过程中，定时将标定处理后的监测处理效果曲线上各点纵坐标值与报警阈值进行比较，超出报警阈值则发出警告。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：根据分布式光纤传感系统的运行环境进行区域报警分区，在不同的报警分区内设置不同的报警阈值，同一个报警分区内采用一个统一的报警阈值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：报警阈值的设置在无报警事件时背景噪声水平及发生需报警事件时监测处理效果曲线对应位置幅值变化情况之间，根据实际应用，考虑虚警率和误报率后确定。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：曲线上各点的对应物理空间间隔即系统空间采样间隔由系统采样频率决定：
Figure FDA0002479511280000021
式中，N为系统空间采样间隔，C为光速，n为光缆折射率，Fs为系统采样频率。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：标定处理为对整条传感光纤的监测效果曲线除以对应各点的标定系数。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所监测的物理量包括温度、振动。
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