[发明专利]一种周界预警光纤振动信号采集与去噪的方法

说明书

本发明公开了一种周界预警光纤振动信号采集与去噪的方法。其中包括：光纤振动传感器的相位调制、光纤相位干涉解调与光电转换、光纤振动新号小波去噪、光纤振动信号小波阈值去噪法；通过这种光纤振动信号采集方法可以针对光纤振动信号的特征提取与分类识别，并对光纤振动信号进行去噪，消除其携带的冗余噪声信息后在进行信号特征提取与识别。

技术领域

本发明涉及光纤振动领域，特别是涉及一种周界预警光纤振动信号采集与去噪的方法。

背景技术

随着光纤处理技术发展，可利用已有光纤探测周边环境状况，例如是否有物体经过、且该物体具体为何物等。当检测光纤受到外界干扰影响发生振动时，光纤中传输光的部分特性就会改变，识别终端对信号进行采集，分析采集信号的特征以判断其光特性的改变，进而可检测出发生振动位置对应的信号，进而根据该信号识别出其振源类型。而信号去噪可以降低信息处理量，提高信息处理质量，并可以更快速精准的识别出振源类型。

发明内容

光纤传感器的工作机制是将来自光源的光经过入射光纤送入调制区，在调制区中外界被测物理量与光相互作用，导致光的某些特性(如相位、光强、频率、波长、偏振态等)发生变化，成为被调制的携带被测参数信息的信号光。再经出射光纤送入光探测器进行检测，就能获得被测参数。

根据传感器中光纤所完成功能的不同，可将其分为功能型和非功能型两大类：功能型光纤传感器中，光纤即是信号传输媒介也是传感元件，随着外界被测参数的变化光纤的长度、折射率、直径等参量会发生变化，进而导致其内传播光的某些特性发生变化；而在非功能型光纤传感器中，光纤只充当传输媒介，必须在光纤中部或端部安装其他敏感元件。

光波经过敏感元件时，外界被测物理量的变化会改变光纤中传播光的光强，从而对传播光进行调制。

利用外界被测参数变化引起的光纤中传播光的相位变化来探测被测参数的传感器，被称为相位调制型光纤传感器，该传感器是应用最多的功能型光纤传感器。相位调制型传感器是基于光纤干涉原理将外界因素作用到干涉仪上，干涉仪测量臂中传输的光与参考臂中的参考光互相干涉。若光纤没有收到外界入侵行为的千扰，则干涉信号保持不变；如果光纤收到外界侵扰，光的相位将发生变化，干涉光的输出波形产生改变并产生干涉图像。通过光探测器可控测到这一波形变化，在经过光电转换后可得到电信号。本说明所是的光纤振动信号是使用相位调制型光纤传感器检测光信号的。

经过相位调制的信号光被送入光探测器进行检测，但是目前情况下，光探测器无法直接探测光的相位差，解决方法是通过干涉将光的相位差信号转换成干涉条纹的光强变化。这样谈测光强的变化就能探测出光相位的变化。可以检测出反应传感光纤沿线作用情况的光纤振动信号，使用数据采集卡对信号进行采集与模数转换后，就可以对光纤振动信号进行后续的特征提取与识别处理，从而判断周界是否被侵扰。

传感光纤铺设的现场环境往往较为复杂，而传感光纤又对外界作用非常敏感。因此采集到的原始光纤振动信号肯定会包含大量的噪音。一直光纤振动信号中携带的背景噪音，提高光纤振动信号的信噪比，是对光纤振动信号进行后续分析的基础。

传统的信号去噪方法主要包括非线性滤波方法和线性滤波方法，如中值滤波和WIENER滤波等，传统去噪方法的缺点是信号变换后的熵值会变高，不能保持信号的平稳性特征，无法获得信号的相关性。为了克服这一缺点，可以使用具有良好局部化时频特性的小波变换来解决信号去噪问题。光纤振动信号是一种长时非平稳信号，采用小波去噪的方法比较符合信号的特性。