[發明專利]一種周界預警光纖振動信號采集與去噪的方法

在審

• 申請號: 201611096167.8
• 申請日: 2016-12-02
• 公開（公告）號: CN108154065A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 魏嘉;柴軍杰;劉本剛;李建彬;劉浩宇;魏照
• 申請（專利權）人: 光子瑞利科技（北京）有限公司
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種周界預警光纖振動信號采集與去噪的方法。其中包括：光纖振動傳感器的相位調制、光纖相位干涉解調與光電轉換、光纖振動新號小波去噪、光纖振動信號小波閾值去噪法；通過這種光纖振動信號采集方法可以針對光纖振動信號的特征提取與分類識別，并對光纖振動信號進行去噪，消除其攜帶的冗余噪聲信息后在進行信號特征提取與識別。

技術領域

本發明涉及光纖振動領域，特別是涉及一種周界預警光纖振動信號采集與去噪的方法。

背景技術

隨著光纖處理技術發展，可利用已有光纖探測周邊環境狀況，例如是否有物體經過、且該物體具體為何物等。當檢測光纖受到外界干擾影響發生振動時，光纖中傳輸光的部分特性就會改變，識別終端對信號進行采集，分析采集信號的特征以判斷其光特性的改變，進而可檢測出發生振動位置對應的信號，進而根據該信號識別出其振源類型。而信號去噪可以降低信息處理量，提高信息處理質量，并可以更快速精準的識別出振源類型。

發明內容

光纖傳感器的工作機制是將來自光源的光經過入射光纖送入調制區，在調制區中外界被測物理量與光相互作用，導致光的某些特性(如相位、光強、頻率、波長、偏振態等)發生變化，成為被調制的攜帶被測參數信息的信號光。再經出射光纖送入光探測器進行檢測，就能獲得被測參數。

根據傳感器中光纖所完成功能的不同，可將其分為功能型和非功能型兩大類：功能型光纖傳感器中，光纖即是信號傳輸媒介也是傳感元件，隨著外界被測參數的變化光纖的長度、折射率、直徑等參量會發生變化，進而導致其內傳播光的某些特性發生變化；而在非功能型光纖傳感器中，光纖只充當傳輸媒介，必須在光纖中部或端部安裝其他敏感元件。

光波經過敏感元件時，外界被測物理量的變化會改變光纖中傳播光的光強，從而對傳播光進行調制。

利用外界被測參數變化引起的光纖中傳播光的相位變化來探測被測參數的傳感器，被稱為相位調制型光纖傳感器，該傳感器是應用最多的功能型光纖傳感器。相位調制型傳感器是基于光纖干涉原理將外界因素作用到干涉儀上，干涉儀測量臂中傳輸的光與參考臂中的參考光互相干涉。若光纖沒有收到外界入侵行為的千擾，則干涉信號保持不變；如果光纖收到外界侵擾，光的相位將發生變化，干涉光的輸出波形產生改變并產生干涉圖像。通過光探測器可控測到這一波形變化，在經過光電轉換后可得到電信號。本說明所是的光纖振動信號是使用相位調制型光纖傳感器檢測光信號的。

經過相位調制的信號光被送入光探測器進行檢測，但是目前情況下，光探測器無法直接探測光的相位差，解決方法是通過干涉將光的相位差信號轉換成干涉條紋的光強變化。這樣談測光強的變化就能探測出光相位的變化。可以檢測出反應傳感光纖沿線作用情況的光纖振動信號，使用數據采集卡對信號進行采集與模數轉換后，就可以對光纖振動信號進行后續的特征提取與識別處理，從而判斷周界是否被侵擾。

傳感光纖鋪設的現場環境往往較為復雜，而傳感光纖又對外界作用非常敏感。因此采集到的原始光纖振動信號肯定會包含大量的噪音。一直光纖振動信號中攜帶的背景噪音，提高光纖振動信號的信噪比，是對光纖振動信號進行后續分析的基礎。

傳統的信號去噪方法主要包括非線性濾波方法和線性濾波方法，如中值濾波和WIENER濾波等，傳統去噪方法的缺點是信號變換后的熵值會變高，不能保持信號的平穩性特征，無法獲得信號的相關性。為了克服這一缺點，可以使用具有良好局部化時頻特性的小波變換來解決信號去噪問題。光纖振動信號是一種長時非平穩信號，采用小波去噪的方法比較符合信號的特性。