[发明专利]基于反斯托克斯光滤波的混凝土管道泄漏实验装置及方法

权利要求书

1.一种进行混凝土管道泄漏实验的方法，其特征在于，该方法应用基于反斯托克斯光滤波的混凝土管道泄漏实验装置实现，该装置包括储水箱、模拟泄漏管道、水泵和分布式光纤系统；所述分布式光纤系统包括传感光纤、激光源、定向耦合器、波分复用器和光电信号采集卡；

所述模拟泄漏管道用于模拟城市大口径混凝土供水管道，在该管道外壁底部布设传感光纤，传感光纤在管道连接处绕制至少2圈，传感光纤一端连接定向耦合器后接入波分复用器输入端；所述激光源连接定向耦合器后接入波分复用器输入端；所述光电信号采集卡连接波分复用器输出端，用于采集传感光纤的斯托克斯光和反斯托克斯光信号；

所述模拟泄漏管道的一端连接储水箱的出水阀，另一端经过水泵连接储水箱的进水阀；

所述光电信号采集卡将采集的光信号传输给PC端；所述PC端对反斯托克斯光信号进行滤波，得到光强突变点对应的位置，从而实现泄漏检测；

所述进行混凝土管道泄漏实验的方法包括以下步骤：

步骤1：打开储水箱开关，通过分布式光纤系统记录反斯托克斯光信号数据；

步骤2：对采集的信号数据进行滤波，具体如下：

(1)根据反斯托克斯光信号数据得到滤波前的位置-光强曲线；

(2)假设滤波后的位置-光强曲线为y＝a₀+a₁x+a₂x²+a₃x³+…+a_kx^k，当每个位置的横坐标代入曲线方程时，所得的值与该点的纵坐标之差的平方和最小时，该曲线的拟合程度最高；

(3)根据滑动窗口的最小二乘拟合确定假设的位置-光强曲线在该点的纵坐标p(n)，具体为：

根据公式得到最小二乘拟合的残差值ε_n，其中x(n)为滤波前的位置-光强曲线在该点的纵坐标，-M为位置-光强曲线的原点，M为位置-光强曲线的最大横坐标；

(4)根据残差值最小的原则确定假设的位置-光强曲线函数中的系数，具体为：

为了使残差值最小，通过令残差值对各系数的导数为零，再通过使用卷积系数表中的卷积系数确定a₀,a₁,...,a_k的大小，确定方法如下：

其中b₀,...,b_k的值可通过卷积系数表确定；

步骤3：根据滤波后的位置-光强曲线，得到光强突变点对应的位置，从而得到泄漏点。