本發(fā)明屬于光纖傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于光頻域反射長(zhǎng)距離光纖分布式擾動(dòng)傳感信號(hào)處理方法。

背景技術(shù)：

長(zhǎng)距離的分布式擾動(dòng)傳感廣泛應(yīng)用于民生、國(guó)防安全等多個(gè)領(lǐng)域中，如飛行器、航天器、船舶、國(guó)防裝備、工業(yè)設(shè)備、橋梁涵洞等重點(diǎn)部位的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控，利用光頻域反射中單模光纖瑞利散射光譜移動(dòng)可實(shí)現(xiàn)高精度高空間分辨率的長(zhǎng)距離的分布式擾動(dòng)傳感。

而現(xiàn)有基于光頻域反射的光纖擾動(dòng)傳感中，大多存在多點(diǎn)擾動(dòng)位置無(wú)法區(qū)分，傳感信號(hào)噪聲較大以及空間分辨率不高等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種基于光頻域反射長(zhǎng)距離光纖分布式擾動(dòng)傳感信號(hào)處理方法，以克服現(xiàn)有基于光頻域反射的光纖擾動(dòng)傳感中，大多存在多點(diǎn)擾動(dòng)位置無(wú)法區(qū)分，傳感信號(hào)噪聲較大以及空間分辨率不高等問(wèn)題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種基于光頻域反射長(zhǎng)距離光纖分布式擾動(dòng)傳感信號(hào)處理方法，s1、利用圖像處理方法，對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行降噪強(qiáng)化特征處理；

s2、采用無(wú)空間分辨率損失的降噪方法，并利用低通濾波降噪，在保證了空間分辨率的情況下，使擾動(dòng)位置更加明顯突出,從而分辨多點(diǎn)擾動(dòng)。

進(jìn)一步的，所述步驟s1的執(zhí)行方法，具體如下：

s101、在光頻域反射儀的主干涉儀中由光纖背向瑞利散射形成拍頻干涉信號(hào)；

s102、對(duì)這拍頻干涉信號(hào)沿時(shí)間軸切分，分別進(jìn)行快速傅里葉變換；

s103、以時(shí)頻分析方法，將信號(hào)以時(shí)間、距離為軸組為圖像；

s104、對(duì)圖像利用局部均值濾波方法進(jìn)行降噪處理，對(duì)每一位置所對(duì)應(yīng)時(shí)域信息取均值，合成為一路距離域信息。

進(jìn)一步的，所述分辨多點(diǎn)擾動(dòng)的方法，具體如下：

對(duì)距離域信號(hào)進(jìn)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，尋找處理后背向瑞利散射距離域信號(hào)中的凹陷波谷，該凹陷波谷位置即為第二點(diǎn)擾動(dòng)位置，以上述方法區(qū)分多點(diǎn)擾動(dòng)。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的基于光頻域反射長(zhǎng)距離光纖分布式擾動(dòng)傳感信號(hào)處理方法具有以下優(yōu)勢(shì)：

本發(fā)明所述的基于光頻域反射長(zhǎng)距離光纖分布式擾動(dòng)傳感信號(hào)處理方法利用圖像處理方法有效降低噪聲并保留擾動(dòng)特征信息。分辨多點(diǎn)擾動(dòng)時(shí)，無(wú)空間分辨率損失的降噪方法，利用低通濾波降噪，在保證了空間分辨率的情況下，使擾動(dòng)位置更加明顯突出。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例所述的基于光頻域反射長(zhǎng)距離光纖分布式擾動(dòng)傳感信號(hào)處理方法流程示意圖；

圖2為時(shí)頻分析所用到分析圖像；

圖3為去噪后的結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)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(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說(shuō)明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。

在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)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(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以通過(guò)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。

如圖1所示，基于光頻域反射長(zhǎng)距離光纖分布式擾動(dòng)傳感信號(hào)處理方法，具體步驟如下：

(1)在光頻域反射儀的主干涉儀中由光纖背向瑞利散射形成拍頻干涉信號(hào)，并對(duì)這拍頻干涉信號(hào)沿時(shí)間軸切分，分別進(jìn)行快速傅里葉變換，以時(shí)頻分析方法，將信號(hào)以時(shí)間、距離為軸組為圖像；

(2)對(duì)圖像利用局部均值濾波方法進(jìn)行降噪處理，對(duì)每一位置所對(duì)應(yīng)時(shí)域信息取均值，合成為一路距離域信息；

(3)針對(duì)多點(diǎn)擾動(dòng)，對(duì)距離域信號(hào)進(jìn)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。尋找處理后背向瑞利散射距離域信號(hào)中的凹陷波谷，該凹陷波谷位置即為第二點(diǎn)擾動(dòng)位置，以上述方法區(qū)分多點(diǎn)擾動(dòng)。

采用的系統(tǒng)包含：gpib控制模塊、計(jì)算機(jī)、主干涉儀、附加干涉儀、采集裝置、可調(diào)諧光源。其中主干涉儀是光頻域反射儀的核心，其為改進(jìn)型馬赫澤德干涉儀。

系統(tǒng)工作原理：

裝置工作時(shí)，計(jì)算機(jī)通過(guò)gpib控制模塊控制可調(diào)諧激光器控制調(diào)諧速度、中心波長(zhǎng)、調(diào)諧啟動(dòng)等；可調(diào)諧激光器的出射光由光頻域反射儀傳感光纖擾動(dòng)信息并輸出信號(hào)光，并由采集裝置接收，采集裝置將采集到的模擬電信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)。

擾動(dòng)傳感的原理是，假設(shè)在待測(cè)光纖中的某一位置存在一擾動(dòng)事件，其振動(dòng)會(huì)引起測(cè)試臂中測(cè)試光場(chǎng)e的相位變化及損耗反射率r的變化。振動(dòng)引起的相位變化可以表示為：

δφ＝δsin(2πf_mt)

其中，f_m是振動(dòng)頻率，δ是相位的調(diào)制幅度。而損耗反射率亦因振動(dòng)而衰減，造成距離域信號(hào)幅值下降。本發(fā)明所提出的針對(duì)長(zhǎng)距離光纖分布式傳感測(cè)量多點(diǎn)擾動(dòng)的新型算法，即利用上述原理特性進(jìn)行擾動(dòng)位置檢測(cè)。

針對(duì)擾動(dòng)信號(hào)時(shí)頻分析圖像處理的原理是，對(duì)拍頻干涉信號(hào)沿時(shí)間軸切分，分別進(jìn)行快速傅里葉變換，進(jìn)而形成時(shí)間、頻率雙變量的二維信號(hào)，將此二維信號(hào)作為圖像進(jìn)行處理。利用局部均值濾波的方法，有效地減小傳感信號(hào)噪音，并保留擾動(dòng)特征信息。

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

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種基于光頻域反射長(zhǎng)距離光纖分布式擾動(dòng)傳感信號(hào)處理方法，S1、利用圖像處理方法，對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行降噪強(qiáng)化特征處理；S2、采用無(wú)空間分辨率損失的降噪方法，并利用低通濾波降噪，在保證了空間分辨率的情況下，使擾動(dòng)位置更加明顯突出,從而分辨多點(diǎn)擾動(dòng)。本發(fā)明所述的基于光頻域反射長(zhǎng)距離光纖分布式擾動(dòng)傳感信號(hào)處理方法利用圖像處理方法有效降低噪聲并保留擾動(dòng)特征信息。分辨多點(diǎn)擾動(dòng)時(shí)，無(wú)空間分辨率損失的降噪方法，利用低通濾波降噪，在保證了空間分辨率的情況下，使擾動(dòng)位置更加明顯突出。

技術(shù)研發(fā)人員：劉柯
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津求實(shí)飛博科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.07.27
技術(shù)公布日：2017.10.20