[发明专利]固定震源装置和Φ-OTDR传感系统结合的油气管道光纤标定方法

权利要求书

1.一种固定震源装置和Φ-OTDR传感系统结合的油气管道光纤标定方法，采用固定震源装置，其特征在于，固定震源装置包括筒盖(1)、重锤(2)、刻度筒(3)以及托盘(4)；其中：

刻度筒(3)为中空的柱形圆筒，其底部安装在托盘(4)上，使刻度筒(3)能垂直立于水平面上；重锤(2)一端设置有挂钩，挂钩上固定有无弹性的绳子；筒盖(1)的中心位置设置有小孔，重锤(2)的绳子穿过该小孔；将重锤(2)置于刻度筒(3)中，筒盖(1)安装在刻度筒(3)的顶部，提拉绳子使重锤(2)至某个刻度线处；松开绳子，使重锤(2)自由落体砸在托盘(4)上，产生固定振动信号；

该方法包括以下步骤：

管道里程和光缆长度匹配：

在设置有探测光缆的管道沿线，每隔一定距离设置一个基准点，在基准点上方，使用固定震源装置进行有规律的锤击，制造激励信号，通过Φ-OTDR传感系统对各个基准点处的激励信号进行探测，并计算出各基准点对应的光缆长度，将其与管道里程进行匹配；

管道和光缆的垂直距离标定：

以基准点为中心，采用固定震源装置，在垂直于管道的一定高度上，每隔一定水平距离进行一次锤击，制造激励信号，通过Φ-OTDR传感系统对激励信号进行探测，计算得到基准点对应的光缆深度，得到光缆的最终位置；

该方法中管道里程和光缆长度匹配的具体步骤为：

a、在管道沿线每隔一定距离设置一个标定点，在标定点附近，使用地下管线探测仪对管道具体位置进行探测，以探测位置作为基准点；

b、在基准点上方，使用固定震源装置，进行有规律的锤击地面，制造激励信号；

c、通过Φ-OTDR传感系统的振动探测单元获取光纤传感信号；

d、对光纤传感信号进行滤波，去除低频部分；

e、选取光纤传感信号和激励信号规律相同的探测单元，规律包括：激励数量、激励间隔时长；

f、对选取的探测单元激励信号进行能量计算；

g、选取最强能量的探测单元，计算出该探测单元处光缆的长度，即为锤击处光缆长度；

h、记录该处光缆长度，并与管道里程对应；

该方法中管道和光缆的垂直距离标定的具体步骤为：

a、以基准点为中心，采用固定震源装置，在垂直管道方向的一定高度上，每隔一定水平距离进行一次锤击，制造激励信号；

b、通过Φ-OTDR传感系统振动探测单元获取光纤传感信号；

c、选取管道里程和光缆长度匹配步骤中，得到的最强能量的探测单元；

d、对该探测单元的光纤传感信号进行滤波，去除低频部分；

e、计算该探测单元采集的激励信号能量；

f、选择能量最强的激励信号的地理位置作为光缆的最终位置。

2.根据权利要求1所述的固定震源装置和Φ-OTDR传感系统结合的油气管道光纤标定方法，其特征在于，刻度筒(3)上设置有透明刻度窗，透明刻度窗上设置有刻度。

3.根据权利要求1所述的固定震源装置和Φ-OTDR传感系统结合的油气管道光纤标定方法，其特征在于，重锤(2)直径小于刻度筒(3)的内径。

4.根据权利要求1所述的固定震源装置和Φ-OTDR传感系统结合的油气管道光纤标定方法，其特征在于，该方法中进行滤波的方法为：

采用高通滤波的方式，其计算方式为：

将原始信号序列记为x(n)，设置FIR高通滤波器系数，所用FIR滤波器阶数N为33；

在时域，信号经过FIR高通滤波器的响应y(n)即激励x(n)跟系统单位抽样响应h(n)的卷积和，对于长度为N的FIR高通滤波器，h(n)看成一个长度为N点的固定窗口，而x(n)则看成一个队列穿过h(n)窗口，每走一步，位于窗口中的x(n)部分的点跟h(n)的对应点的值相乘再求和，所得结果构成此时高通滤波器的响应y(n)，x(n)队列每走一步就得到一个响应值y(n)，即y(n)是h(n)对位于其窗口中的x(n)的加权求和，所得到的y(n)序列，即去除低频部分的滤波信号。

5.根据权利要求4所述的固定震源装置和Φ-OTDR传感系统结合的油气管道光纤标定方法，其特征在于，该方法中对选取的探测单元激励信号进行能量计算的方法为：

对于已经去除低频部分的滤波信号序列y(n)，按秒进行划分；

每秒信号能量计算公式：E_y＝∫|y(t)|²dt。