阅读说明：本技术 一种频域下光纤检测管道泄漏与位置的算法 (The algorithm of fiber laser arrays pipe leakage and position under a kind of frequency domain ) 是由 左健存 张洋 朱贤训 赵之阳 于 2019-08-05 设计创作，主要内容包括：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。(The invention discloses the algorithms of fiber laser arrays pipe leakage and position under a kind of frequency domain；The present invention uses fiber-optic monitoring pipeline conditions, and binding signal enhances algorithm process fiber-optic monitoring signal under frequency domain, reconstruction signal is finally obtained, to judge pipeline conditions and leak position.Invention significantly improves the features of pipe leakage position signal, the characteristics of according to treated signal, setting suitable alarm threshold value can accurately judge whether pipeline occurs leakage and leak position, and detection accuracy is high, rate of false alarm is low, it is practical and have preferable signal-to-noise ratio.)

一种频域下光纤检测管道泄漏与位置的算法

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。

附图说明

图1是实施例1中处理后的光纤检测管道泄漏与位置的传感信号示例图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1

光纤检测管道泄漏的脉冲重复频率为20khz，脉宽为50ns，采样率为20khz。首先将检测管道泄漏的传感信号做预处理，得到

接着按步骤2对做进一步处理，采样点数为4096，分解层数为10，从而确定软阈值，处理后得到系数w_j，k，重构后得到频域信号c_j-1，n，按步骤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，如图1所示，显示了管道内压分别为0.1Mpa、0.3Mpa、0.6Mpa时在832米附近发生了泄漏，有效提高了定位精度。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以及泄漏位置，如图1中管道发生泄漏时的信号强度在2以上，泄漏位置在发生在832米左右的光纤位置。定位精度高，误报率低，实用性强。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。