本发明设计信号处理技术领域，特别涉及一种基于高阶累积量分析的光纤振动测量方法及装置。
背景技术：
光纤测量振动在工程应用方面具有很大的发展前景，特别是应用于一些大型工程的振动监测，比如路桥健康、航空航天、大型机械以及运输石油煤气管道等监测。提高振动幅值的信噪比可以提高分布式光纤传感系统的监测振动的能力。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种基于高阶累积量分析的分布式光纤振动测量方法及装置，用以提高分布式光纤传感系统的振动信号检测能力。
一方面，本发明提供一种基于高阶累积量分析的分布式光纤振动测量算法，用于处理分布式光纤振动系统的采集数据，包括以下内容：
将采集的光纤传感信号保存数据文件，文件内数据为m×j的二维数组，m为二维数组的列数，对应光纤沿线的位置；j为二维数组的行数，对应采集后向散射信号的条数；所述信号包括噪声和振动信号；将数据文件的数据分为k个数据块，每个数据块包含j/k行一维数组，每个一维数组包含m个数据；将所述各个数组送入高阶累积量分析程序中，对每组数据分别进行以下处理：减去数组的平均值，再进行高阶累积量计算处理，处理后的数组滤除了噪声，该数组为振动信号的幅值轮廓，计算该数组方差，如图2所示。将方差与设定阈值比较，大于阈值即数组对应的光纤位置发生了振动，阈值依据实际情况选取；将数据块内m个方差值组合为一维数组输出。
优选地，采集数据来自分布式光纤穿感系统，如图1所示，每条数据的m个数据分别对应光纤沿线上各个位置。
优选地，本发明中，采用三阶高阶累积量处理数据。
另一方面，本发明还提供一种基于高阶累积量分析的分布式光纤振动测量装置，应用于处理光纤振动系统采集到的数据，包括以下设备：
采集设备41，用于采集后向散射光信号，并转为tdms格式文件；
高速缓存设备42，该设备高速读取采集设备41的数据文件，该设备可高速存储数据文件；
数据处理设备43，读取高速缓存设备42的数据文件，完成数据处理过程，并同时将结果输出到显示设备和存储设备中；
显示设备44可以显示当前的数据，以及显示数据库发送的查询数据；
存储设备45存储数据库，每次输入的数据都存储在数据库中，并能根据指令输出到显示设备中。
本发明具有如下技术优点：
1、本发明针对光纤传感系统，采用高阶累积量算法，能识别小信噪比振动信号，避免振东漏报，2、本发明采用的高速缓存设备能解决采集速率远高于处理速度的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明，下面将附图进行说明。
图1为分布式光纤系统采集的数据形式，一次采集将得到一条后向散射光强度数据曲线，一条曲线上包含n个点，曲线上每一点代表光纤沿线上一个位置；
图2为高阶累积量算法的流程图；
图3为一种基于高阶累积量分析的光纤振动测量方法流程图；
图4为一种基于高阶累积量分析的光纤振动测量装置结构图。
具体实施方式
本发明为解决光纤系统检测振动信号存在漏报和虚报的问题，提供了一种基于高阶累积量分析的光纤振动测量方法及装置，下面将结合附图进行描述具体实施方式。
实施例一
本实施例提供了一种基于高阶累积量分析的分布式光纤振动测量方法，应用于光纤振动检测系统的数据处理，如图1所示，每次采集m个数据分别对应光纤沿线各位置的光强度值。
如图3所示，为方法流程。
步骤31：采集的光纤后向散射原始信号，包括噪声和振动信号。
步骤32：将连续采集到的n条数据作为一次处理的数据块，每条数据上有m个采集点；每条数据上对应光纤沿线上相同位置的采集点为同一数组，共划分为m个数组。每个数组内数据按时间排序，为描述方便，数组记为xn，下标n代表这是数据块重新划分后序号为n的数组，为一般性说明后续处理过程，n代表可取的范围1到m上任意数。
步骤33：计算xn平均值x；
yn为xn内各个数据减去x后的数组，即该过程为xn减去平均值；
式中：
上述五个等式中，p为同一个变量；每个xn(k)对应一个dn(k)，特别地，计算每个dn(k)需要对应sn(k)以及前后相近的四个数组元素sn(k-2)、sn(k-1)、sn(k+1)和sn(k+2)，因此对于dn(1)、dn(2)、dn(b-1)及dn(b)，则进行补零处理；当该数组内存在振动信号，计算所得dn为振动信号波形轮廓数据；对dn(1)求方差得到数值en；其过程如图2所示。
对同一数据块中所有数组x计算后，得到一个方差数数组ei=[e1,e2,e3,……,eb]，下标i代表此数据块为第i个数据块。
步骤34：输出处理后的方差数组e，该数组显示采样所对应a条数据时间内是否存在振动信号，在同一个ei中，若任一en与根据系统检测环境设定的阈值比较，大于该阈值，则该点为振动点。显示器上显示并存入数据库中。特别地，阈值根据传感系统所处的环境而设定。
实施例二
本实施例提供了一种基于高阶累积量分析的分布式光纤振动测量装置，应用于上述实施例的物理实现。
采集设备41，用于采集光纤系统信号，并将采集到的信号转为tdms文件格式，传输到高速缓存设备42。
高速缓存设备42的存储速率不低于采集设备41的采集数据的生成速率，保证了数据完整性，不会丢失。
数据处理设备43，将数据进行数据块分割，数据块内进行数组划分，再进行高阶累积量运算，得出运算结果后，再对运算结果求方差，使之表现为输入一个数组得到相应一个方差值。将每次处理完的数据同时输出给显示设备44和存储设备45。
显示设备44，每次接收到43送入的数据时，刷新一次相应的显示；也可接收并显示存储设备45输入的历史查询数据。
存储设备45，该设备装有数据库，能存入数据、查询数据以及输出查询数据到显示设备44。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。