[发明专利]一种频域下光纤检测管道泄漏与位置的算法

说明书

本发明公开了一种频域下光纤检测管道泄漏与位置的算法；本发明采用光纤监测管道状态，在频域下结合信号增强算法处理光纤监测信号，最终获得重构信号，从而判断管道状态及泄漏位置。本发明显著提高了管道泄漏位置信号的特征，根据处理后的信号的特点，设定合适的报警阈值即可精确判断管道是否发生泄漏以及泄漏位置，检测精度高，误报率低，实用性强且具有较好的信噪比。

技术领域

本发明涉及光纤传感监测技术领域，具体地说是一种频域下光纤检测管道泄漏与位置的算法

背景技术

目前对管道泄漏位置的光纤传感信号的处理方法主要依靠OTDR技术，在OTDR技术的基础上通过功率谱分析法、基于频域的时均方法、时域分析等实现对泄漏点位置的定位。通过管道内泄漏时会引起实测管道应力波信号功率谱的变化，可以通过分析这种信号的变化来检测泄漏位置，由于影响管道应力波传播的因素很多，很难用解析的方法描述管道振动。通过对管道泄漏时振动信号做基于频域的时均处理判断泄漏的发生，在实际工程的应用中限制较大，且均有较强的噪声信号导致泄漏特征不明显、定位精度低、误报率高的问题，

发明内容

针对目前光纤检测管道泄漏位置的传感信号处理方法中存在的问题，本发明提出了一种频域下光纤检测管道泄漏与位置的算法；其采用光纤监测管道状态，在频域下结合信号增强算法处理光纤监测信号，最终获得重构信号并据此给出合适的阈值，从而判断管道状态以及泄漏位置。本发明显著提高了管道泄漏位置信号的特征，检测精度高，误报率低，实用性强且具有较好的信噪比。

一种频域下光纤检测管道泄漏与位置的算法，该方法包含以下步骤：

步骤1：预处理

根据管道泄漏时的信号特点，对每一米光纤上的N点信号进行预处理：

其中，x[n]为监测信号，e为自然对数的底数，i为虚数单位，N为信号长度，0≤n＜N；步骤2：进一步处理频域信号

将频域信号根据式(2)和式(3)进行分解：

c_j，k＝∑_nc_j-1，nh_n-2k k＝(0，1，2，…，N-1) (2)

d_j，k＝∑_nc_j-1，ng_n-2k k＝(0，1，2，…，N-1) (3)

其中，c_j，k为系数，d_j，k为系数，h(e^jw)＝g(e^j(w-π))，j为分解层数；

由式(4)确定软阈值：

其中，N为信号长度；

根据式(5)处理d_j，k，得到系数w_j，k，即

根据式(6)得到重构后的频域信号：

c_j-1，n＝∑_nc_j，nh_n-2k+∑_nw_j，ng_n-2k (6)

步骤3：将每一米传感光纤上频率在20-5000Hz的信号幅值做累加，从而得到传感光纤位置与累加信号的分布曲线，根据分布曲线的信号强度大小以及所在位置，即可判断生管道是否发生泄漏与泄漏位置。

和现有技术相比，本发明用于检测管道泄漏与否与泄露位置的方法操作简单，且检测精度高，误报率低，实用性强，并具有较好的信噪比。