[发明专利]基于Sobel算子的分布式光纤振动检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤振动检测方法，尤其是涉及一种基于Sobel算子的分布式光纤振动检测方法。

背景技术

光纤因为其损耗低，抗干扰能力强，性能可靠等优点，被越来越多的人使用，而随着光纤技术的逐渐成熟，采用光纤作为传感元件并利用其传递信号的传感系统也越来越多。但是对于分布式光纤振动检测目前没有一个很好的方法。

发明内容

发明目的：

本发明提供一种基于Sobel算子的分布式光纤振动检测装置及方法，其目的是解决以往所存在的问题。

技术方案：

一种基于Sobel算子的分布式光纤振动检测装置,其特征在于:该装置包括光纤传感器、数据采集单元和个人计算机，个人计算机为装有LabVIEW软件的计算机，数据采集单元分别连接光纤传感器和个人计算机；

光纤传感器包括激光器、环形器、传感光纤和光电探测器；

数据采集单元包括信号调理电路和数据采集卡；

所述的激光器连接环形器，环形器分别连接传感光纤和光电探测器，信号调理电路的输入端连接光电探测器的输出端，信号调理电路输出端连接数据采集卡，数据采集卡输出端连接个人计算机。

该装置还包括用于在检测到振动时进行报警的扬声器，该扬声器连接个人计算机。

激光器为窄线宽激光器，传感光纤为40km高强度超细传感光纤。

信号调理电路为带通滤波器，数据采集卡为A/D转换器。

所述的个人计算机为装有LabVIEW软件的计算机。

传感光纤铺设在需要检测振动的位置，光纤长40km，数据采集卡采样频率为50MHz,每组瑞利散射信号包含40000个采集点，即每一个点对应传感光纤上1米的距离。

利用权利要求1所述的基于Sobel算子的分布式光纤振动检测装置所实施的基于Sobel算子的分布式光纤振动检测方法,其特征在于:该方法主要针对的是基于后向瑞利散射的分布式光纤传感系统，将分布式光纤采集到的多组信号组成数组，并对其进行Sobel运算，利用Sobel算子实现振动判定的检测方法，该方法包括以下步骤：

执行步骤一：设定阈值参数、光纤传感的采集参数和采样时间；

其中阈值因位置和环境不同应灵活设置；

执行步骤二，光纤传感器以50MHz采样频率进行检测，并将检测的模拟量发送给数据采集单元；

执行步骤三，数据采集单元中的带通滤波器对模拟量进行滤波并传输至A/D转换器；

执行步骤四，A/D转换器将模拟信号转变成数字信号，并发送给个人计算机7；

执行步骤五，利用Sobel算子进行卷积运算；

执行步骤六，计算每个点的阈值并进行图像边缘检测以判断是否有振动的产生；

执行步骤七，将每个点的空间梯度值与阈值比较，籍此判断是否存在振动点，当检测到某点卷积后的值超过阈值，我们就说此处有振动产生，籍此实现对脉冲信号振动位置的检测功能；

执行步骤八，个人计算机检测到有振动产生时，报警单元工作，提示相关工作人员进行检查。

执行步骤五中的利用Sobel算子进行卷积运算中，其中，Sobel算子是由两个卷积核g₁(x,y)与g₂(x,y)对原图像f(x,y)进行卷积运算而得到的。其数学表达式为：

式中，max(a,b)函数意义为取a,b中的最大值，即取点(i,j)的g₁值和g₂值分别对点(m,n)进行卷积，取两者中的最大值最为S(x,y)的值。但此算法在微处理器中工作量较大，所以不予采用。

实际上Sobel边缘算子所采用的算法是先进行加权平均，然后进行微分运算，我们可以用差分代替一阶偏导，算子的计算方法如下：

式中，利用点(x,y)周围的八个点进行差分运算，分别计算出该点水平方向和垂直方向的梯度，式1为垂直方向梯度的计算，式2为水平方向梯度的计算。

。

步骤六中，只比较数组垂直方向上各点数值的梯度变化，因此只需要利用Sobel算子水平方向的模版，利用Sobel算子水平方向的模版对信号数组进行卷积运算，其模版为：

二维数组划分为一系列小矩阵与Sobel算子垂直方向的模版进行卷积，进而得到每个点的空间梯度，运算结果是一幅体现边缘幅度的图像。

优点效果：