[發明專利]一種基于隨機掃頻和機器學習的布里淵頻移提取方法

在審

• 申請號: 202110018888.1
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112801306A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 鄭歡;胡風揚;肖楓;黃奕杰;黃厚慧;覃亞麗
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G06N20/10
• 分類號: G06N20/10;G06F17/18
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

一種基于隨機掃頻和機器學習的布里淵頻移提取方法，包括以下步驟：步驟1，根據給定采樣次數M，使用隨機數生成函數生成范圍在0到1之間的M個隨機數；步驟2，根據給定采樣范圍和隨機數X，構造出M個隨機掃頻頻率；步驟3，給定擬合函數的線型S，布里淵頻移取值f，根據隨機掃頻頻率f_s構造布里淵增益譜特征集F_nxM；步驟4，根據布里淵增益譜數據集F_nxM構造對應的標簽集L_nx1；步驟5，根據特征集和標簽集使用機器學習算法進行訓練，得出L＝K(F)；步驟6，對于給定的布里淵增益譜B，根據L＝K(F)求得布里淵增益譜B所對應的布里淵頻移。本發明在不降低準確度的前提下能夠有效提高效率。

技術領域

本發明涉及分布式光纖布里淵應變和溫度傳感器，屬于分布式光纖傳感技術領域，尤其涉及一種基于隨機掃頻和機器學習的布里淵頻移提取方法。

背景技術

分布式光纖傳感是一種新型傳感方法，其中光纖作為傳感介質，將其布設于物體表面或內部，可測得物體表面或內部的應變及溫度分布情況。與傳統監測手段相比，分布式光纖傳感技術具有：

(1)可準確給出每個傳感光纜所及的任何位置點處的應變情況，避免因理論建模推算引起的誤差。

(2)可對結構體的應變情況進行準確定位，方便排查異常應變處的受力情況，排查故障。

(3)采用通訊光纜，使傳感器的成本大幅下降。

(4)一旦光纜受到破壞，方便用OTDR等技術對光纜受損位置進行定位并維修。

(6)與電阻式、振弦式等非光纖監測方案比，分布式光纖應變監測系統，實現了光電分離，傳感端無電，故抗電磁干擾能力強，適用于煤礦、油田、電廠、煉油廠、煉鋼爐等防爆、輻射、高溫、危險場所。分布式光纖應變傳感的原理是：向光纖兩端輸入兩束光，并將光纖中返回的散射信號解算成應變和溫度變化。當泵浦光和探測光兩束光在光纖中相遇，且當頻率差在布里淵頻譜內，會產生布里淵散射效應，探測光強被泵浦光所改變。若對探測光進行掃頻，則可測得光纖中每一個位置點的布里淵增益譜特性。從布里淵增益譜可以提取布里淵頻移。由于布里淵頻移與光纖所受應力、溫度在一定范圍內呈線性關系，故通過測量布里淵增益譜，可以推算出光纖每一個位置點處的應變、溫度分布。

從布里淵增益譜提取布里淵頻移，目前主要采用曲線擬合方法。如采用洛侖茲曲線對布里淵增益譜作非線性擬合，或對布里淵增益譜的譜峰作二次擬合。曲線擬合的主要問題是對初始條件的依賴性很強。當探測光掃頻完全覆蓋布里淵增益譜時，采樣次數大大增加，雖然提高了擬合的準確度，但擬合的時長就會大大加長。

發明內容

為了克服已有技術的不足，本發明提供了一種在不降低準確度的前提下能夠有效提高效率的基于隨機掃頻和機器學習的布里淵頻移提取方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于隨機掃頻和機器學習的布里淵頻移提取方法，包括以下步驟：

步驟1，根據給定采樣次數M，使用隨機數生成函數，生成范圍在0到1之間的M個隨機數，X＝[X₁,···,X_M]；

步驟2，根據給定采樣范圍(f₁,f₂),以及所述的隨機數X，構造出M個隨機掃頻頻率f_s＝{f_si，i＝1,2,3,···,M}，其中

f_si＝f₁+(f₂-f₁)×X_i i＝1,2,3,···,M；