CN111397850B - 一种基于光缆安全用振动波形和数据库样本分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光缆安全用振动波形和数据库样本分析系统，包括振动数据感应层、网络通信层和数据分析层，所述振动数据感应层的输出端与网络通信层的输入端连接，并且网络通信层的输出端与数据分析层的输入端连接，所述振动数据感应层包括传感器、信号调节系统和第一信号转换模块，所述传感器的输出端与信号调节系统的输入端连接，本发明涉及光缆监测技术领域。该基于光缆安全用振动波形和数据库样本分析系统，深入研究不同振动信号的波形，并进行数据库样本的建立和分析，提高系统在复杂环境条件下的信号分析和报警能力，报警信息更加准确，可以剔除出被高灵敏度的传感系统探测到的多种环境振动信号。

Description

一种基于光缆安全用振动波形和数据库样本分析系统

技术领域

本发明涉及光缆监测技术领域，具体为一种基于光缆安全用振动波形和数据库样本分析系统。

背景技术

光缆是为了满足光学、机械或环境的性能规范而制造的，它是利用置于包覆护套中的一根或多根光纤作为传输媒质并可以单独或成组使用的通信线缆组件，光缆主要是由光导纤维（细如头发的玻璃丝）和塑料保护套管及塑料外皮构成，光缆内没有金、银、铜铝等金属，一般无回收价值，光缆是一定数量的光纤按照一定方式组成缆芯，外包有护套，有的还包覆外护层，用以实现光信号传输的一种通信线路，即：由光纤（光传输载体）经过一定的工艺而形成的线缆，光缆的基本结构一般是由缆芯、加强钢丝、填充物和护套等几部分组成，另外根据需要还有防水层、缓冲层、绝缘金属导线等构件。

现有的光缆在进行监测时，往往通过收集光缆内部的振动信号来判断光缆的实际状态，但是在进行监测时，各光、电器件的噪声会降低系统对信号的探测和分辨、还原能力，并且环境中的其余干扰源都会对监测进行干扰，不能准确的判断光缆的实际状态。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于光缆安全用振动波形和数据库样本分析系统，解决了在进行监测时，各光、电器件的噪声会降低系统对信号的探测和分辨、还原能力，并且环境中的其余干扰源都会对监测进行干扰，不能准确的判断光缆的实际状态的问题。

（二）技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于光缆安全用振动波形和数据库样本分析系统，包括振动数据感应层、网络通信层和数据分析层，所述振动数据感应层的输出端与网络通信层的输入端连接，并且网络通信层的输出端与数据分析层的输入端连接，所述振动数据感应层包括传感器、信号调节系统和第一信号转换模块，所述传感器的输出端与信号调节系统的输入端连接，所述信号调节系统的输出端与第一信号转换模块的输入端连接，所述数据分析层包括第二信号转换模块、后台信息管理单元、振动信息捕捉系统、信噪比过滤单元、现场实际关系分析单元、振动波形分析单元、信号强度分析单元、数据库样本分析单元、信号强度变化分析单元、信号持续时间分析单元和报警单元，所述第二信号转换模块的输出端与后台信息管理单元的输入端连接，所述后台信息管理单元的输出端与振动信息捕捉系统的输入端连接，所述振动信息捕捉系统的输出端与信噪比过滤单元的输入端连接。

优选的，所述信噪比过滤单元的输出端与振动波形分析单元的输入端连接，所述振动波形分析单元的输出端与信号强度分析单元的输入端连接，所述振动波形分析单元分别与数据库样本分析单元和现场实际关系分析单元实现双向连接，所述现场实际关系分析单元分别与振动波形分析单元和信号强度分析单元实现双向连接。

优选的，所述信号强度分析单元的输出端与信号持续时间分析单元的输入端连接，所述信号持续时间分析单元和数据库样本分析单元的输出端均与信号强度变化分析单元的输入端连接，所述信号强度变化分析单元的输出端与报警单元的输入端连接。

优选的，所述后台信息管理单元包括信息储存库和信息分类模块，所述信息储存库的输出端与信息分类模块的输入端连接。

优选的，所述信噪比过滤单元包括光电噪声数据库、信号分辨模块、光电噪声信号析出模块和信号还原模块，所述光电噪声数据库的输出端与信号分辨模块的输入端连接，所述信号分辨模块的输出端与光电噪声信号析出模块的输入端连接，所述光电噪声信号析出模块的输出端与信号还原模块的输入端连接。

优选的，所述振动波形分析单元包括振动波形数据库、波形分析模块、无效波形剔除模块、波形对比模块和有效波形导出模块，所述振动波形数据库的输出端与波形分析模块的输入端连接，所述波形分析模块的输出端与波形对比模块的输入端连接，所述波形对比模块的输出端分别与无效波形剔除模块和有效波形导出模块的输入端连接。

优选的，所述信号强度分析单元包括信号强度阈值设定模块、低强度信号剔除模块、信号强度对比模块和低强度信号导出模块，所述信号强度阈值设定模块的输出端与信号强度对比模块的输入端连接，所述信号强度对比模块的输出端分别与低强度信号剔除模块和低强度信号导出模块的输入端连接。

优选的，所述信号强度变化分析单元包括信号强度变化模块、信号强度变化率时间定位模块、信号变化分析模块和信号类别判定模块，所述信号强度变化模块的输出端与信号强度变化率时间定位模块的输入端连接，所述信号强度变化率时间定位模块的输出端与信号变化分析模块的输入端连接，所述信号变化分析模块的输出端与信号类别判定模块的输入端连接。

（三）有益效果

本发明提供了一种基于光缆安全用振动波形和数据库样本分析系统。与现有技术相比，具备以下有益效果：

（1）、该基于光缆安全用振动波形和数据库样本分析系统，通过在振动数据感应层的输出端与网络通信层的输入端连接，并且网络通信层的输出端与数据分析层的输入端连接，振动数据感应层包括传感器、信号调节系统和第一信号转换模块，传感器的输出端与信号调节系统的输入端连接，信号调节系统的输出端与第一信号转换模块的输入端连接，数据分析层包括第二信号转换模块、后台信息管理单元、振动信息捕捉系统、信噪比过滤单元、现场实际关系分析单元、振动波形分析单元、信号强度分析单元、数据库样本分析单元、信号强度变化分析单元、信号持续时间分析单元和报警单元，第二信号转换模块的输出端与后台信息管理单元的输入端连接，后台信息管理单元的输出端与振动信息捕捉系统的输入端连接，振动信息捕捉系统的输出端与信噪比过滤单元的输入端连接，振动波形分析单元包括振动波形数据库、波形分析模块、无效波形剔除模块、波形对比模块和有效波形导出模块，振动波形数据库的输出端与波形分析模块的输入端连接，波形分析模块的输出端与波形对比模块的输入端连接，波形对比模块的输出端分别与无效波形剔除模块和有效波形导出模块的输入端连接，深入研究不同振动信号的波形，并进行数据库样本的建立和分析，提高系统在复杂环境条件下的信号分析和报警能力，报警信息更加准确，可以剔除出被高灵敏度的传感系统探测到的多种环境振动信号。

（2）、该基于光缆安全用振动波形和数据库样本分析系统，通过在信噪比过滤单元的输出端与振动波形分析单元的输入端连接，振动波形分析单元的输出端与信号强度分析单元的输入端连接，振动波形分析单元分别与数据库样本分析单元和现场实际关系分析单元实现双向连接，现场实际关系分析单元分别与振动波形分析单元和信号强度分析单元实现双向连接，通过现场实际关系分析单元对现场施工环境内的振动信号进行收录，在进行信号判断时将因为施工或其他原因产生的干扰信号剔除，可以根据实际情况快速进行改进。

（3）、该基于光缆安全用振动波形和数据库样本分析系统，通过在信号强度分析单元的输出端与信号持续时间分析单元的输入端连接，信号持续时间分析单元和数据库样本分析单元的输出端均与信号强度变化分析单元的输入端连接，信号强度变化分析单元的输出端与报警单元的输入端连接，通过数据库样本分析单元持续将各种采集到的信号进行收录，在使用时不断的收录多种振动信号，随着使用时间数据库更加全面，可以识别出更多的异常信号。

附图说明

图1为本发明系统的原理框图；

图2为本发明振动数据感应层、网络通信层和数据分析层的原理框图；

图3为本发明后台信息管理单元的原理框图；

图4为本发明信噪比过滤单元的原理框图；

图5为本发明振动波形分析单元的原理框图；

图6为本发明信号强度分析单元的原理框图；

图7为本发明信号强度变化分析单元的原理框图；

图8为本发明的数据处理算法流程图。

图中，1-振动数据感应层、2-网络通信层、3-数据分析层、11-传感器、12-信号调节系统、13-第一信号转换模块、31-第二信号转换模块、32-后台信息管理单元、33-振动信息捕捉系统、34-信噪比过滤单元、35-现场实际关系分析单元、36-振动波形分析单元、37-信号强度分析单元、38-数据库样本分析单元、39-信号强度变化分析单元、310-信号持续时间分析单元、311-报警单元、321-息储存库、322-信息分类模块、341-光电噪声数据库、342-信号分辨模块、343-光电噪声信号析出模块、344-信号还原模块、361-振动波形数据库、362-波形分析模块、363-无效波形剔除模块、364-波形对比模块、365-有效波形导出模块、371-信号强度阈值设定模块、372-低强度信号剔除模块、373-信号强度对比模块、374-低强度信号导出模块、391-信号强度变化模块、392-信号强度变化率时间定位模块、393-信号变化分析模块、394-信号类别判定模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-8，本发明实施例提供一种技术方案：一种基于光缆安全用振动波形和数据库样本分析系统，包括振动数据感应层1、网络通信层2和数据分析层3，振动数据感应层1的输出端与网络通信层2的输入端连接，并且网络通信层2的输出端与数据分析层3的输入端连接，振动数据感应层1包括传感器11、信号调节系统12和第一信号转换模块13，传感器11的输出端与信号调节系统12的输入端连接，信号调节系统12的输出端与第一信号转换模块13的输入端连接，数据分析层3包括第二信号转换模块31、后台信息管理单元32、振动信息捕捉系统33、信噪比过滤单元34、现场实际关系分析单元35、振动波形分析单元36、信号强度分析单元37、数据库样本分析单元38、信号强度变化分析单元39、信号持续时间分析单元310和报警单元311，通过数据库样本分析单元38持续将各种采集到的信号进行收录，在使用时不断的收录多种振动信号，随着使用时间数据库更加全面，可以识别出更多的异常信号，第二信号转换模块31的输出端与后台信息管理单元32的输入端连接，后台信息管理单元32的输出端与振动信息捕捉系统33的输入端连接，振动信息捕捉系统33的输出端与信噪比过滤单元34的输入端连接，信噪比过滤单元34的输出端与振动波形分析单元36的输入端连接，振动波形分析单元36的输出端与信号强度分析单元37的输入端连接，振动波形分析单元36分别与数据库样本分析单元38和现场实际关系分析单元35实现双向连接，现场实际关系分析单元35分别与振动波形分析单元36和信号强度分析单元37实现双向连接，通过现场实际关系分析单元35对现场施工环境内的振动信号进行收录，在进行信号判断时将因为施工或其他原因产生的干扰信号剔除，可以根据实际情况快速进行改进，信号强度分析单元37的输出端与信号持续时间分析单元310的输入端连接，信号持续时间分析单元310和数据库样本分析单元38的输出端均与信号强度变化分析单元39的输入端连接，信号强度变化分析单元39的输出端与报警单元311的输入端连接，后台信息管理单元32包括信息储存库321和信息分类模块322，信息储存库321的输出端与信息分类模块322的输入端连接，信噪比过滤单元34包括光电噪声数据库341、信号分辨模块342、光电噪声信号析出模块343和信号还原模块344，光电噪声数据库341的输出端与信号分辨模块342的输入端连接，信号分辨模块342的输出端与光电噪声信号析出模块343的输入端连接，光电噪声信号析出模块343的输出端与信号还原模块344的输入端连接，振动波形分析单元36包括振动波形数据库361、波形分析模块362、无效波形剔除模块363、波形对比模块364和有效波形导出模块365，振动波形数据库361的输出端与波形分析模块362的输入端连接，波形分析模块362的输出端与波形对比模块364的输入端连接，波形对比模块364的输出端分别与无效波形剔除模块363和有效波形导出模块365的输入端连接，信号强度分析单元37包括信号强度阈值设定模块371、低强度信号剔除模块372、信号强度对比模块373和低强度信号导出模块374，信号强度阈值设定模块371的输出端与信号强度对比模块373的输入端连接，信号强度对比模块373的输出端分别与低强度信号剔除模块372和低强度信号导出模块374的输入端连接，信号强度变化分析单元39包括信号强度变化模块391、信号强度变化率时间定位模块392、信号变化分析模块393和信号类别判定模块394，信号强度变化模块391的输出端与信号强度变化率时间定位模块392的输入端连接，信号强度变化率时间定位模块392的输出端与信号变化分析模块393的输入端连接，信号变化分析模块393的输出端与信号类别判定模块394的输入端连接，深入研究不同振动信号的波形，并进行数据库样本的建立和分析，提高系统在复杂环境条件下的信号分析和报警能力，报警信息更加准确，可以剔除出被高灵敏度的传感系统探测到的多种环境振动信号。

使用时，通过振动数据感应层1内的传感器11接收信号，然后经过信号调解系统12分离后得到携带振动信号（主要是光相位信息）的光信号的叠加，通过第一信号转换模块13转换后经由网络通信层2输送到数据分析层3内经过第二信号转换模块31的转换后输送到后台信息管理单元32，通过信息储存库321储存后经过信息分类模块322进行分类，然后通过振动信号捕捉系统33捕捉全线的振动信号，通过信噪比过滤单元34进行信噪比过滤，避免各光、电器件的噪声降低系统对信号的探测和分辨、还原能力，使系统的测量精度达到工程应用要求，通过光电噪声库341进行信号分辨，通过光电噪声信号析出模块343将光电信号析出，然后通过信号还原模块344进行信号还原，经过信噪比过滤单元34过滤掉无效的信号后，通过振动波形分析单元36分析波形，通过数据库样本分析单元38内的数据库38进行波形分析，然后通过波形对比模块364进行波形对比，判定为无效波形后通过无效波形剔除模块363剔除，有效波形通过有效波形导出模块365导出，然后通过信号强度分析单元37内部的信号阈值设定模块371设定强度阈值，通过信号强度对比模块373进行对比，然后达到强度的信号通过信号强度变化分析单元39进行分析，通过共诺信号强度变化模块391进行强度变化判定，通过信号变化分析模块393进行判断，然后通过信号类别判定模块394判定是否为有效信息，确认无误后通过报警单元311进行报警。

同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种基于光缆安全用振动波形和数据库样本分析系统，包括振动数据感应层（1）、网络通信层（2）和数据分析层（3），其特征在于：所述振动数据感应层（1）的输出端与网络通信层（2）的输入端连接，并且网络通信层（2）的输出端与数据分析层（3）的输入端连接，所述振动数据感应层（1）包括传感器（11）、信号调节系统（12）和第一信号转换模块（13），所述传感器（11）的输出端与信号调节系统（12）的输入端连接，所述信号调节系统（12）的输出端与第一信号转换模块（13）的输入端连接，所述数据分析层（3）包括第二信号转换模块（31）、后台信息管理单元（32）、振动信息捕捉系统（33）、信噪比过滤单元（34）、现场实际关系分析单元（35）、振动波形分析单元（36）、信号强度分析单元（37）、数据库样本分析单元（38）、信号强度变化分析单元（39）、信号持续时间分析单元（310）和报警单元（311），所述第二信号转换模块（31）的输出端与后台信息管理单元（32）的输入端连接，所述后台信息管理单元（32）的输出端与振动信息捕捉系统（33）的输入端连接，所述振动信息捕捉系统（33）的输出端与信噪比过滤单元（34）的输入端连接，所述信噪比过滤单元（34）的输出端与振动波形分析单元（36）的输入端连接，所述振动波形分析单元（36）的输出端与信号强度分析单元（37）的输入端连接，所述振动波形分析单元（36）分别与数据库样本分析单元（38）和现场实际关系分析单元（35）实现双向连接，所述现场实际关系分析单元（35）分别与振动波形分析单元（36）和信号强度分析单元（37）实现双向连接；

所述信噪比过滤单元（34）包括光电噪声数据库（341）、信号分辨模块（342）、光电噪声信号析出模块（343）和信号还原模块（344），所述光电噪声数据库（341）的输出端与信号分辨模块（342）的输入端连接，所述信号分辨模块（342）的输出端与光电噪声信号析出模块（343）的输入端连接，所述光电噪声信号析出模块（343）的输出端与信号还原模块（344）的输入端连接；

所述振动波形分析单元（36）包括振动波形数据库（361）、波形分析模块（362）、无效波形剔除模块（363）、波形对比模块（364）和有效波形导出模块（365），所述振动波形数据库（361）的输出端与波形分析模块（362）的输入端连接，所述波形分析模块（362）的输出端与波形对比模块（364）的输入端连接，所述波形对比模块（364）的输出端分别与无效波形剔除模块（363）和有效波形导出模块（365）的输入端连接；

所述信号强度变化分析单元（39）包括信号强度变化模块（391）、信号强度变化率时间定位模块（392）、信号变化分析模块（393）和信号类别判定模块（394），所述信号强度变化模块（391）的输出端与信号强度变化率时间定位模块（392）的输入端连接，所述信号强度变化率时间定位模块（392）的输出端与信号变化分析模块（393）的输入端连接，所述信号变化分析模块（393）的输出端与信号类别判定模块（394）的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于光缆安全用振动波形和数据库样本分析系统，其特征在于：所述信号强度分析单元（37）的输出端与信号持续时间分析单元（310）的输入端连接，所述信号持续时间分析单元（310）和数据库样本分析单元（38）的输出端均与信号强度变化分析单元（39）的输入端连接，所述信号强度变化分析单元（39）的输出端与报警单元（311）的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于光缆安全用振动波形和数据库样本分析系统，其特征在于：所述后台信息管理单元（32）包括信息储存库（321）和信息分类模块（322），所述信息储存库（321）的输出端与信息分类模块（322）的输入端连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于光缆安全用振动波形和数据库样本分析系统，其特征在于：所述信号强度分析单元（37）包括信号强度阈值设定模块（371）、低强度信号剔除模块（372）、信号强度对比模块（373）和低强度信号导出模块（374），所述信号强度阈值设定模块（371）的输出端与信号强度对比模块（373）的输入端连接，所述信号强度对比模块（373）的输出端分别与低强度信号剔除模块（372）和低强度信号导出模块（374）的输入端连接。

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