Φ-OTDR光纤传感电缆防外破监测数据预处理方法

杨 纯,李垠韬,宋 伟,杨广涛,孟继军,门宝霞,叶宝安

(国网冀北电力有限公司信息通信分公司,北京 100053)

1 引 言

基于相位敏感的光时域反射计(Phase sensitive optical time-domain reflectometry,Φ-OTDR)光纤传感系统具有大范围、长距离连续测量、灵敏度高、响应速度快、适用于恶劣环境、本质安全等优点,在周界安防、油气管道、电力工业等领域得到了广泛应用[1-2]。Φ-OTDR通常采用相干度较高的窄脉冲激光光源探测后向瑞丽散射光的相位变化来实现微弱扰动量检测。由于光在传播过程中不断衰减,为了获得更远的探测距离通常采用信号放大的方式提高传感距离。如饶云江教授团队将拉曼放大器与Φ-OTDR相结合成功实现74 km传感距离和20 m空间分辨率[3],但在信号放大的同时,不可避免地会引入噪声,如何提高信噪比对数据处理方面提出了更高的要求。目前,基于Φ-OTDR光纤传感扰动监测的信号分析主要分为数据预处理和类型识别两方面[4]。数据预处理阶段主要是对监测系统噪声的抑制,预处理质量直接影响后续信号类型识别的好坏。常用的数据预处理方法主要包括中值滤波、滑动平均滤波、高斯滤波、小波阈值去噪等方法[5-7]。

Φ-OTDR在振动传感方面的优势弥补了电缆外破隐患监测中存在的传感器布放困难、测量盲区、组网复杂等问题,利用与电缆同沟铺设的光缆,将分布式光纤传感技术应用到电缆防外破隐患监测中,通过相应算法可识别定位外破振动信号。在实际测量中,因环境温湿度等因素影响,激光的波长及功率均存在缓慢漂移[8],造成无扰动入侵时监测曲线依然会缓慢的波动,由此带来的低频噪声可能会淹没真正的扰动信号幅度变化；……