一种基于分布式振动事件的预警及定量化分析装置的制作方法

本发明涉及光纤振动传感监测，具体涉及一种基于分布式振动事件的预警及定量化分析装置。

背景技术：

1、长距离线性工程，如能源管道、铁路、公路等，是现代社会的重要基础设施，其安全性和稳定性对国民经济和人民生活具有重大意义。因此，对这些工程进行实时监测和预警，确保它们的安全运行，是至关重要的。

2、传统的监测方法，如人工巡检、机械式传感器等，存在监测范围有限、易受环境影响、维护成本高等问题。而分布式光纤振动传感技术以其长距离、实时在线、高精度等特点，成为解决这些问题的有效手段。

3、但是现有的分布式光纤振动传感技术在实际应用过程中，存在以下技术问题：

4、虽然分布式光纤振动传感系统具有较高的定位精度，但在实际应用中，由于环境因素的干扰和光纤本身的特性，定位精度可能会受到一定影响，导致无法准确探测到异常振动的具体位置。

5、将光纤中传输的光信号转化为可量化的振动信号是一个复杂的过程。目前的技术手段通常只能实现振动信号的定性分析，而无法实现精确的定量监测，这主要是由于振动信号的复杂性以及光纤本身特性的限制。

6、即使能够提取到振动信号，如何对这些信号进行有效的数据处理和分析也是一个挑战，传统的数据处理方法可能无法准确反映振动的大小和频率等特征，导致无法对振动事件进行准确的定量化评估。

7、以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，也不必然会给出技术教导；在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日之前已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本技术的新颖性和创造性。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于分布式振动事件的预警及定量化分析装置，能准确探测到异常振动的具体位置，对振动事件进行准确的定量化评估，实现了振动信号的精确定量化监测，解决无法定量化评价工程安全状态的现状技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

3、本发明提供一种基于分布式振动事件的预警及定量化分析装置，包括：

4、分布式振动传感单元，用于获取振动事件振动大小的定量化信号，并完成加速度与光纤测试相位率之间的关系；

5、引线光缆，用于将多个分布式振动传感单元串联接入分布式振动解调单元；

6、和/或所述引线光缆还用于链路上振动信号的监测；

7、分布式振动解调单元，用于接收所述分布式振动传感单元与引线光缆的振动信号，完成外界振动的解调，获取不同位置的相位；

8、分布式振动处理单元，用于对分布式振动解调单元解调的相位进行处理，完成振动事件加速度量值的输出；

9、振动事件的定量化输出单元，用于接收振动事件加速度量值，并根据振动事件加速度量值确定振动事件的振动大小的定量化输出。

10、本发明提出了一种基于分布式振动事件的预警及定量化分析装置，能准确探测到异常振动的具体位置，对振动事件进行准确的定量化评估，实现了振动信号的精确定量化监测，解决无法定量化评价工程安全状态的现状技术问题。

11、作为优选技术方案，所述分布式振动处理单元包括：信号筛选子单元，用于接收所述分布式振动解调单元的相位信息，使用无事件发生的相位信息作为背景信号，通过实时计算相位率的短时能量与短时过零率进行振动信号的过滤和挑选，完成异常振动事件的筛选。

12、作为优选技术方案，所述分布式振动处理单元包括：信号运算子单元，用于进行时域特征和频域特征运算得到特征值。

13、作为优选技术方案，所述分布式振动处理单元包括：信号分类子单元，用于接收所述信号运算子单元传输的特征值并通过特征值提取实现异常信号的分类，通过标定的传感系数进行振动事件加速度量值的输出。

14、作为优选技术方案，所述信号运算子单元通过预设一定时间窗口计算相位率峰值，通过标定的加速度量值与相位率之间的关系实现振动信号加速度的获取，所述时间窗口根据事件的周期进行自适应调节。

15、作为优选技术方案，所述分布式振动传感单元包括：质量块和基座，所述质量块和所述基座之间设有弹性体，所述质量块、所述基座和所述弹性体轴向设置，所述弹性体的一端与所述质量块连接，所述弹性体的另一端与基座连接，所述弹性体上环向缠绕有光纤。

16、作为优选技术方案，所述光纤通过胶水层全黏结连接于所述弹性体的外侧壁上，所述光纤呈螺旋状分布于所述弹性体上。

17、作为优选技术方案，当分布式振动解调单元的空间分辨率＞1m，所述光纤缠绕于所述弹性体的长度多于1m。

18、作为优选技术方案，所述质量块作为传播介质，将外界的振动转化为弹性体的弹性形变，从而引起光纤协同变形去控制其相位的变化，通过建立加速度与光纤相位率之间的关系，完成振动事件振动大小的定量化信号的获取。

19、作为优选技术方案，所述分布式振动解调单元包括：

20、窄线宽激光器，用于发出光；

21、声光调制器，用于接收光并将光调制为脉冲光；

22、掺铒光纤放大器，用于接收脉冲光并将脉冲光强度放大；

23、环形器，用于将接收到的放大强度后的脉冲光通过环形器进入引线光缆和分布式振动传感单元；

24、光电探测器，用于连续动态接收引线光缆和分布式振动传感单元的背向瑞利散射光信号；

25、采集卡，用于采集计算引线光缆与分布式振动传感单元的背向瑞利散射光信号的相位信息，获取不同位置的相位。

26、本发明提供的一种基于分布式振动事件的预警及定量化分析装置，具有以下有益效果：

27、1)本发明提出了的基于分布式振动事件的预警及定量化分析装置，能准确探测到异常振动的具体位置，对振动事件进行准确的定量化评估，实现了振动信号的精确定量化监测，解决无法定量化评价工程安全状态的现状技术问题；

28、2)本发明将外界的振动转化为光纤的相位率变化，通过设计振动传感单元，建立光纤相位率与弹性体弹性形变之间的关系，实现了分布式光纤振动的定量化测试，解决了分布光纤振动监测仅停留在定性的层面，无法定量化评价工程安全状态的现状问题；

29、3)相比于普通的点式传感器，本发明采用分布式振动传感单元作为传感元件，可以通过分布式振动传感单元实现振动大小的量化，采用引线光缆也可以作为传感单元，实现链路上振动信号的监测，提高振动事件预警定位精度；

30、4)本发明通过时域与频域综合分析，通过实时计算相位率的短时能量与短时过零率进行振动信号的过滤和挑选，降低数据运输量，提升系统运行速度，通过频域多特征值进行事件的分类，提升振动事件分类精度；

31、5)当分布式振动解调单元的空间分辨率＞1m，所述光纤的缠绕于所述弹性体的长度多于1m，不仅减小相邻振动传感单元之间引线光缆的影响，更保证了分布式振动传感单元具有稳定性的传感系数；

32、6)所述光纤环向缠绕于所述弹性体上，该设计使得分布式振动解调单元将外界振动的应变的轴向变化转化为环向的应变变化，降低了振动测试敏感度，避免当振动过大时，分布式振动解调单元所采集的信号容易溢出出错的问题出现。