一种多元融合光纤传感系统的制作方法

本发明涉及光纤传感，特别是涉及一种多元融合光纤传感系统。

背景技术：

1、现代电力应用中，工作温度的升降反映了设备运行状态和许多物理特征的变化，电力设备运行异常或故障通常表现出温度的异常变化。因此电力设备运行温度监测是设备安全监控最为有效、最为经济的手段，对设备的安全运行具有重大意义。随着光纤传感器技术的发展和应用，多元融合光纤传感系统是目前世界上最先进、最有效的温度在线监测系统，特别是在电力系统、石油化工、交通运输、工业消防等领域。

2、电缆是发电厂、变电站的重要组成部分。由于电缆分布广，又易燃，着火后危害大，电缆的防火历来为电力部门所重视。但是，近年来电缆火灾事故频繁发生，据有关资料统计，近20年来，我国火电厂发生电缆火灾140多次，其中1986～1992年7年间竟达75次。有24个电厂发生过2次及以上电缆火灾事故，个别电厂达4～6次。70％以上的电缆火灾所造成的损失非常严重，其中40％的火灾事故造成特大损失。1975～1985年间，因电缆着火延燃造成的重大事故发生60起，造成直接和间接损失达50多亿元。

3、引起电缆火灾的直接原因往往是电缆接头制作质量不良、压接不紧、接触电阻过大，从而电缆接头过热导致火灾发生。电缆火灾发生的一个主要原因是由于动力电缆接头制作质量不良所造成的。但是，电缆接头的制作质量的好坏，只能在运行中才较易发现，运行时间越长越容易发生过热烧穿事故。由于从电缆接头过热到事故发生有一个过程，因此，通过对电缆在线过热监测完全可以防止和杜绝此类事故的发生。

4、目前大多数光纤传感系统尚未具有成熟的分布式测温手段，绝大部分的传感器系统测量距离较近，测量精度低，从而无法进行高精度的分布式测量。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种多元融合光纤传感系统。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种多元融合光纤传感系统，包括：光调制解调仪、光探测模块、信号采集器、协处理器、监测分析报警子系统和传感光缆；

4、所述光调制解调仪分别与所述传感光缆和所述光探测模块连接，所述光探测模块还与所述信号采集器和所述监测分析报警子系统连接；所述协处理器分别与所述信号采集器和所述监测分析报警子系统连接；

5、所述光调制解调仪用于向所述传感光纤输出大功率窄脉冲光，以使所述传感光纤产生后向瑞利散射光；所述后向瑞利散射以及后向拉曼散射光经所述光调制解调仪分离后得到携带振动信号以及温度信号的光信号的叠加；从光调制解调仪后向反射回来的瑞利散射光进入所述光探测模块进行光电转换，再经前级放大，得到电信号，所述电信号进入所述同步信号采集器进行模数转换，由所述协处理器对转换后的数字信号进行预处理和分析计算，数据预处理的结果输出到对应的监测分析报警子系统，经过监测分析处理系统分析得到整个防区的入侵振动信息；其中，所述协处理器基于小波分析和bp神经网络对所述数字信号进行预处理。

6、优选的，所述协处理器包括：

7、小波分析单元，用于对所述数字信号进行去噪处理生成去噪后的数字信号；

8、bp神经网络识别单元，用于将所述去噪后的数字信号作为训练样本，训练bp神经网络，生成报警检测模型。

9、优选的，所述小波分析单元，包括：

10、小波分解单元，用于对所述数字信号进行小波分解得到小波系数；

11、阈值构建单元，用于根据所述数字信号的分解尺度构建自适应阈值；

12、去噪模型构建单元，用于根据所述自适应阈值构建去噪模型；

13、去噪单元，用于利用所述去噪模型对所述所述数字信号进行去噪得到去噪后的数字信号。

14、优选的，所述阈值构建单元，包括：

15、阈值构建子单元，用于采用公式：

16、

17、确定自适应阈值；其中，n表示数字信号的长度，σ表示高斯噪声的标准差，d表示数字信号的分解尺度。

18、优选的，所述去噪模型构建单元，包括：

19、去噪模型构建子单元，用于采用公式：

20、

21、构建去噪模型；其中，w为小波系数，sign为符号函数，t0为下限阈值，t为自适应阈值，且t0＝εt，ε为第一预设参数，k为第二预设参数。

22、优选的，所述bp神经网络识别单元，包括：

23、样本采集子单元，用于采集带有扰动信号的数字信号；所述扰动信号包括模拟无危害扰动、模拟应力破坏、模拟攀爬和模拟剪网四种模式下的扰动信号；

24、训练子单元，用于将带有扰动信号的数字信号输入到bp神经网络中进行训练得到报警检测模型。

25、优选的，采用梯度下降法完成bp神经网络的训练。

26、优选的，所述bp神经网络的输入层神经元激励函数选择线性purelin函数，隐层与输出层激励函数选择非线性logsig函数。

27、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

28、本发明提供了一种多元融合光纤传感系统，包括：光调制解调仪、光探测模块、信号采集器、协处理器、监测分析报警子系统和传感光缆；所述协处理器分别与所述信号采集器和所述监测分析报警子系统连接；所述光调制解调仪用于向所述传感光纤输出大功率窄脉冲光，以使所述传感光纤产生后向瑞利散射光；所述后向瑞利散射以及后向拉曼散射光经所述光调制解调仪分离后得到携带振动信号以及温度信号的光信号的叠加；从光调制解调仪后向反射回来的瑞利散射光进入所述光探测模块进行光电转换，再经前级放大，得到电信号，所述电信号进入所述同步信号采集器进行模数转换，由所述协处理器对转换后的数字信号进行预处理和分析计算，数据预处理的结果输出到对应的监测分析报警子系统，经过监测分析处理系统分析得到整个防区的入侵振动信息。本发明通过利用小波分析对采集的数字信号进行处理不仅可以提升数字信号的采集精度，同时也可以加快后续bp神经网络的训练效率和精度，进而提升了对异常数字信号的监控灵敏度。

技术特征：

1.一种多元融合光纤传感系统，其特征在于，包括：光调制解调仪、光探测模块、信号采集器、协处理器、监测分析报警子系统和传感光缆；

2.根据权利要求1所述的一种多元融合光纤传感系统，其特征在于，所述协处理器包括：

3.根据权利要求2所述的一种多元融合光纤传感系统，其特征在于，所述小波分析单元，包括：

4.根据权利要求3所述的一种多元融合光纤传感系统，其特征在于，所述阈值构建单元，包括：

5.根据权利要求4所述的一种多元融合光纤传感系统，其特征在于，所述去噪模型构建单元，包括：

6.根据权利要求5所述的一种多元融合光纤传感系统，其特征在于，所述bp神经网络识别单元，包括：

7.根据权利要求6所述的一种多元融合光纤传感系统，其特征在于，采用梯度下降法完成bp神经网络的训练。

8.根据权利要求7所述的一种多元融合光纤传感系统，其特征在于，所述bp神经网络的输入层神经元激励函数选择线性purelin函数，隐层与输出层激励函数选择非线性logsig函数。

技术总结
本发明提供了一种多元融合光纤传感系统，包括：光调制解调仪、光探测模块、信号采集器、协处理器、监测分析报警子系统和传感光缆；所述光调制解调仪分别与所述传感光缆和所述光探测模块连接，所述光探测模块还与所述信号采集器和所述监测分析报警子系统连接；所述协处理器分别与所述信号采集器和所述监测分析报警子系统连接；其中，所述协处理器基于小波分析和BP神经网络对所述数字信号进行预处理。本发明通过利用小波分析对采集的数字信号进行处理不仅可以提升数字信号的采集精度，同时也可以加快后续BP神经网络的训练效率和精度，进而提升了对异常数字信号的监控灵敏度。

技术研发人员：覃喜,周文俊,吕鸣,裘立峰,杨继平,黄磊,王北战,朱梦慧,郭阳,朱卓勇,郑强,陈天宜,李坚卿,章磊,李燚
受保护的技术使用者：浙江华云电力工程设计咨询有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16