[发明专利]一种基于DVS振动监测信号的预处理方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于DVS振动监测信号的预处理方法及系统，包括了连接DVS与待监测光缆监测其振动信号，建立二维分布数据；基于二维分布数据，利用傅里叶变换分别计算无振动时刻的数据和第k个空间点的信号幅值和相位，得到空间点的谱减法结果；对空间点进行傅里叶变换的逆变换，得到去噪后的信号；计算去噪后信号各点时间域均值并对其进行平滑处理；利用平滑处理后的信号分别去除空间域的趋势化及直流量和时间域的趋势化，完成预处理。该发明通过对待测信号进行预处理，解决了在对分布式振动监测系统中线路上不同位置发生的信号进行处理时，事件的判决门限的难以确定的问题，同时有效的降低了信号的噪声，尤其是监测系统末端信号的噪声。

技术领域

本发明涉及振动信号监测技术领域，尤其涉及一种DVS振动监测信号的预处理方法及系统。

背景技术

分布式光纤振动监测系统(DVS)是一种利用光纤作为传感敏感元件和传输信号介质的传感系统，可连续感知传输路径中振动动态参量的空间分布和时间变化信息，具有灵敏度高、全程无源、多点同时定位等优点。它利用了光脉冲宽度内的后向瑞利散射光之间的干涉效应，是一种将干涉效应和后向瑞利散射结合起来的新技术，很好的结合了二者高灵敏度和长距离分布式测量的优势。

尽管DVS已经在结构健康、周界防入侵、电力监测等领域进行了开展应用，但是由于其与传统的传感器原理完全不同，故也存在一些问题需要处理。

第一，从DVS原理可以得知，当光纤上存在扰动时，监测曲线相应位置处的瑞利背向散射信号的相干波形会发生变化；反之，当光纤上无扰动时，监测曲线应当保持不变。但是在实际测量中由于受温湿度等多种因素影响，激光器的波长及功率存在小范围缓慢频漂，导致即使光纤上未加任何的扰动时DVS监测曲线依然会不停的缓慢畸变，这种畸变在时域信号上的表现是低频的趋势值。畸变引起的低频噪声可能会淹没由于光纤扰动产生的幅度变化，导致扰动事件难以检测，因此需要对时域趋势值去除以便于去除这种低频干扰。

第二，由于任何信号在传播过程中都存在衰减，光信号也不例外，比如1550nm波长的光在单模光纤G652D中的衰减一般为0.18-0.25dB/km。那么，系统检测到的末端信号的强度与前端信号的强度必然是不一样的。这就导致无法按照同一阈值对光纤中不同位置的信号进行处理，因此需要对空间上的趋势值去除以便于去除衰减的影响。

第三，无论对于光纤中的前端信号还是后端信号期间的，系统的噪声幅度基本是固定的，由于光纤后端的信号幅度更小，那么其信噪比也相对会更差一些。距离设备越远的信号，其信噪比也越差。另外，受到“干涉衰落”这一因素的影响，DVS在空间上的幅度变化并不是均匀分布的——幅度在空间上还存在较大的起伏，这也导致传统的点式传感器的数据去噪方法并不能直接应用于分布式传感监测系统。

为了克服在后续数据处理时无法统一阈值，以及由于信噪比变化可能影响系统工作的可靠性问题，必须对采集到的初始信号进行预处理。否则，同一个系统对待测线路上不同位置发生的信号进行处理时，事件的判决门限的难以确定。因此，需要寻找一种DVS振动监测信号的预处理方法，尽可能降低系统在空间分布上噪声不同带来的影响，并使得线路上不同位置的待测振动信号能够映射到同一标准刻度内。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述在对分布式振动监测系统中线路上不同位置发生的信号进行处理时，事件的判决门限的难以确定的问题，提出了本发明。

因此，本发明解决的技术问题是：提供一种DVS振动监测信号的预处理方法，该方法通过对待测信号进行预处理，得以让线路上不同位置的待测振动信号能够映射到同一标准刻度内，同时以便于后续信号分析。