基於光頻域反射長距離光纖分布式擾動傳感信號處理方法與流程

2023-10-06 15:13:39 2

本發明屬於光纖傳感器技術領域，尤其是涉及一種基於光頻域反射長距離光纖分布式擾動傳感信號處理方法。

背景技術：

長距離的分布式擾動傳感廣泛應用於民生、國防安全等多個領域中，如飛行器、太空飛行器、船舶、國防裝備、工業設備、橋梁涵洞等重點部位的結構健康監控，利用光頻域反射中單模光纖瑞利散射光譜移動可實現高精度高空間解析度的長距離的分布式擾動傳感。

而現有基於光頻域反射的光纖擾動傳感中，大多存在多點擾動位置無法區分，傳感信號噪聲較大以及空間解析度不高等問題。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明旨在提出一種基於光頻域反射長距離光纖分布式擾動傳感信號處理方法，以克服現有基於光頻域反射的光纖擾動傳感中，大多存在多點擾動位置無法區分，傳感信號噪聲較大以及空間解析度不高等問題。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種基於光頻域反射長距離光纖分布式擾動傳感信號處理方法，s1、利用圖像處理方法，對測量信號進行降噪強化特徵處理；

s2、採用無空間解析度損失的降噪方法，並利用低通濾波降噪，在保證了空間解析度的情況下，使擾動位置更加明顯突出,從而分辨多點擾動。

進一步的，所述步驟s1的執行方法，具體如下：

s101、在光頻域反射儀的主幹涉儀中由光纖背向瑞利散射形成拍頻幹涉信號；

s102、對這拍頻幹涉信號沿時間軸切分，分別進行快速傅立葉變換；

s103、以時頻分析方法，將信號以時間、距離為軸組為圖像；

s104、對圖像利用局部均值濾波方法進行降噪處理，對每一位置所對應時域信息取均值，合成為一路距離域信息。

進一步的，所述分辨多點擾動的方法，具體如下：

對距離域信號進行傅立葉變換，將高頻信息置零，再逆變換回距離域，獲得低通降噪效果，尋找處理後背向瑞利散射距離域信號中的凹陷波谷，該凹陷波谷位置即為第二點擾動位置，以上述方法區分多點擾動。

相對於現有技術，本發明所述的基於光頻域反射長距離光纖分布式擾動傳感信號處理方法具有以下優勢：

本發明所述的基於光頻域反射長距離光纖分布式擾動傳感信號處理方法利用圖像處理方法有效降低噪聲並保留擾動特徵信息。分辨多點擾動時，無空間解析度損失的降噪方法，利用低通濾波降噪，在保證了空間解析度的情況下，使擾動位置更加明顯突出。

附圖說明

構成本發明的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1為本發明實施例所述的基於光頻域反射長距離光纖分布式擾動傳感信號處理方法流程示意圖；

圖2為時頻分析所用到分析圖像；

圖3為去噪後的結果圖。

具體實施方式

需要說明的是，在不衝突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」等僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」等的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特徵。在本發明的描述中，除非另有說明，「多個」的含義是兩個或兩個以上。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以通過具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。

如圖1所示，基於光頻域反射長距離光纖分布式擾動傳感信號處理方法，具體步驟如下：

(1)在光頻域反射儀的主幹涉儀中由光纖背向瑞利散射形成拍頻幹涉信號，並對這拍頻幹涉信號沿時間軸切分，分別進行快速傅立葉變換，以時頻分析方法，將信號以時間、距離為軸組為圖像；

(2)對圖像利用局部均值濾波方法進行降噪處理，對每一位置所對應時域信息取均值，合成為一路距離域信息；

(3)針對多點擾動，對距離域信號進行傅立葉變換，將高頻信息置零，再逆變換回距離域，獲得低通降噪效果。尋找處理後背向瑞利散射距離域信號中的凹陷波谷，該凹陷波谷位置即為第二點擾動位置，以上述方法區分多點擾動。

採用的系統包含：gpib控制模塊、計算機、主幹涉儀、附加幹涉儀、採集裝置、可調諧光源。其中主幹涉儀是光頻域反射儀的核心，其為改進型馬赫澤德幹涉儀。

系統工作原理：

裝置工作時，計算機通過gpib控制模塊控制可調諧雷射器控制調諧速度、中心波長、調諧啟動等；可調諧雷射器的出射光由光頻域反射儀傳感光纖擾動信息並輸出信號光，並由採集裝置接收，採集裝置將採集到的模擬電信號傳輸至計算機。

擾動傳感的原理是，假設在待測光纖中的某一位置存在一擾動事件，其振動會引起測試臂中測試光場e的相位變化及損耗反射率r的變化。振動引起的相位變化可以表示為：

δφ＝δsin(2πf_mt)

其中，f_m是振動頻率，δ是相位的調製幅度。而損耗反射率亦因振動而衰減，造成距離域信號幅值下降。本發明所提出的針對長距離光纖分布式傳感測量多點擾動的新型算法，即利用上述原理特性進行擾動位置檢測。

針對擾動信號時頻分析圖像處理的原理是，對拍頻幹涉信號沿時間軸切分，分別進行快速傅立葉變換，進而形成時間、頻率雙變量的二維信號，將此二維信號作為圖像進行處理。利用局部均值濾波的方法，有效地減小傳感信號噪音，並保留擾動特徵信息。

如圖2所示，為橫縱坐標分別為時間與距離的二維圖像，上圖為下圖作局部均值濾波的處理後圖像，可見噪音被明顯抑制。如圖3所示，為處理後還原的距離域圖像。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。