一种基于分布式光纤测温的数据处理方法及装置与流程

本发明涉及分布式光纤传感技术领域，具体为一种基于分布式光纤测温的数据处理方法及装置。

背景技术：

分布式光纤测温技术是一种新型的测温技术，分布式光纤温度传感技术能及时发现电力电缆温度局部过热点位置，计算导体载流量和检测运行线路的绝缘状态，其具有本质安全、测温准确、监控范围大和不受电磁干扰等优点，适用于需要大范围多点测量的应用场合，现有的分布式光纤测温的数据处理时，为了改善信噪比，需要通过长时间的信号段累积，以提高信号的原型的识别程度，

但是现有的分布式光纤测温数据处理时，需要较长时间的信号段累积，造成测温数据展示较慢，且因信号段累积数据较多，处理时间较长，处理负担较大，进一步造成温度数据检测速率降低，不利于快速了解传感光纤处的温度，人们急需一种基于分布式光纤测温的数据处理方法及装置来解决上述问题。

技术实现要素：

本发明提供一种基于分布式光纤测温的数据处理方法及装置，可以有效解决上述背景技术中提出现有的分布式光纤测温数据处理时，需要较长时间的信号段累积，造成测温数据展示较慢，且因信号段累积数据较多，处理时间较长，处理负担较大，进一步造成温度数据检测速率降低，不利于快速了解传感光纤处的温度的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于分布式光纤测温的数据处理方法，包括如下步骤：

s1、信号采样：通过同步累积法对信号进行累积存储；

s2、信号处理：对积累存储的多段信号依次进行处理；

s3、信号输出：将输出信号带入公式，求取光纤局域处的温度。

根据上述技术方案，所述步骤s1中，通过同步累积法对信号进行n次累积，并设定n次为一组，其中n＝an，n≠0，在进行到第n次时，将1～n时间段累积信号输出存储记录为tn，当进行到2n次，将n～2n时间段积累的信号输出存储记录为t2n，依次直到an，将(a-1)n～an时间段积累的信号输出存储记录为tan；

同步累积法是基于噪声的随机性和信号的稳定性，信号在多次重复的情况下，由于信号周期性的重复，噪声不具有这种特性，每个周期的信号受的干扰不同，在接收端接收到不同的畸变信号，因此对畸变信号经多次重复、对照就可以识别出信号的原型。

根据上述技术方案，所述步骤s2中，在tn时间段信号存储后，在t2n进行累积存储的过程中，对tn时间段信号进行处理，tn处理完毕后，在对t3n信号累积过程中，对t2n进行处理，最后完成对tn～tan进行处理。

根据上述技术方案，所述步骤s2中，对依次对tn～tan进行处理，处理具体步骤包括如下：

a、时域信号累积平均检测初步降噪；

b、数字累加去除信号中低频噪音；

c、软阈值法小波变换去噪声。

根据上述技术方案，所述步骤a中，时域信号累积平均检测初步降噪的具体包括如下步骤：

[1]、将信号段根据时间分割为n个相等的时间小段；

[2]、对分割出的每一个时间小段，测量被噪声污染过的信号值，重复测量m次；

[3]、每一个时间小段中，取m次测量的最高值mmax和最低值mmin，仅取出m次数值中位于(mmax-mmin)/3到2(mmax-mmin)/3之间的数值；

[4]、求取每一个时间小段中(mmax-mmin)/3到(mmax-mmin)2/3之间的信号数值的均值。

[5]、将同一个信号段内的各时间小段的平均值，依时间顺序输出波形曲线。

根据上述技术方案，所述步骤b中，数字累加去除信号中低频噪音，基于光纤测温系统中的噪声主要是具有零均值的统计特性、用数字累加的方式去除系统中的低频噪声干扰，用噪声的统计特性来达到降噪的目的，为此采用数字平均的方法，即将一次测量的n点数据依次存储到内存单元中，将下一次测量的n点数据与内存对应单元的数据相加，再放回原内存单元，依次循环m次，然后对各单元求平均。

根据上述技术方案，所述步骤c中，软阈值法小波变换去噪声具体包括如下步骤：

(1)、计算含噪信号的正交小波变换：用正交小波变换的快速算法获得低分辨率下的尺度系数及各分辨率下的小波系数，并在处理边界时，采用周期延拓方法；

(2)、对小波系数进行非线性阈值处理：保留所有的低频系数，设定阈值，对每个小波系数采用软阈值方法进行处理，即将含噪信号的小波系数与所选定的阈值进行比较，大于阈值的点收缩为该点值与阈值的差值，小于阈值相反数的点收缩为该点值与阈值的和，幅值小于等于阈值的点变为零。

(3)、进行逆小波变换：将所有低频尺度系数，以及经由阈值处理后的小波系数做逆小波变换进行重构，得到恢复的原始信号的估计值。

根据上述技术方案，所述步骤s3中，将输出信号带入信号处理公式，求取光纤局域处的温度，针对a个信号段，逐个输出a个温度数值向外输出展示给使用者观看，并在a个温度数值均输出后，求取a个温度的平均值再次向外输出，展示给使用者观看；

信号处理公式为：

r(t)＝ia/is＝(λs/λa)⁴exp(-hcμt)；

式中：ia和is分别为反斯托克斯光和斯托克斯光的光强度，λs和λa和分贝为反斯托克斯光和斯托克斯光的波长，h为普朗克常量，c为光速，μ为玻尔兹曼常数，t为绝对温度。

一种基于分布式光纤测温的数据处理装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述任一项所述数据处理方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述任一项所述数据处理方法的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明科学合理，使用安全方便：通过设置多段累积，使得单次处理数据减少，进而加快处理过程中，使得使用者能更快速的了解到传感温度，并在最后通过所有温度取均值，能更精确地了解到光纤局域处的温度，同时在处理过程中，通过时域信号累积平均检测初步降噪，通过对小段信号测量，有效去除偏高过偏低的干扰数值，使得均值更接近原信号，有效去除大部分的噪声，同时利用数字累加去除信号中低频噪音，减少光纤测温系统中具有零均值统计特性的噪声造成的干扰，最后通过软阈值法小波变换去噪声，几乎完全抑制噪声，而且可很好的保留反映原始信号的特征尖峰点，因而具有较好的去噪效果，能够得到原信号的近似最优估计。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1是本发明方法的步骤图；

图2是本发明的信号处理流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：如图1-2所示，本发明提供一种技术方案，一种基于分布式光纤测温的数据处理方法，包括如下步骤：

s1、信号采样：通过同步累积法对信号进行累积存储；

s2、信号处理：对积累存储的多段信号依次进行处理；

s3、信号输出：将输出信号带入公式，求取光纤局域处的温度。

根据上述技术方案，步骤s1中，通过同步累积法对信号进行n次累积，并设定n次为一组，其中n＝an，n≠0，在进行到第n次时，将1～n时间段累积信号输出存储记录为tn，当进行到2n次，将n～2n时间段积累的信号输出存储记录为t2n，依次直到an，将(a-1)n～an时间段积累的信号输出存储记录为tan；

同步累积法是基于噪声的随机性和信号的稳定性，信号在多次重复的情况下，由于信号周期性的重复，噪声不具有这种特性，每个周期的信号受的干扰不同，在接收端接收到不同的畸变信号，因此对畸变信号经多次重复、对照就可以识别出信号的原型。

根据上述技术方案，步骤s2中，在tn时间段信号存储后，在t2n进行累积存储的过程中，对tn时间段信号进行处理，tn处理完毕后，在对t3n信号累积过程中，对t2n进行处理，最后完成对tn～tan进行处理。

根据上述技术方案，步骤s2中，对依次对tn～tan进行处理，处理具体步骤包括如下：

a、时域信号累积平均检测初步降噪；

b、数字累加去除信号中低频噪音；

c、软阈值法小波变换去噪声。

根据上述技术方案，步骤a中，时域信号累积平均检测初步降噪的具体包括如下步骤：

[1]、将信号段根据时间分割为n个相等的时间小段；

[2]、对分割出的每一个时间小段，测量被噪声污染过的信号值，重复测量m次；

[3]、每一个时间小段中，取m次测量的最高值mmax和最低值mmin，仅取出m次数值中位于(mmax-mmin)/3到2(mmax-mmin)/3之间的数值；

[4]、求取每一个时间小段中(mmax-mmin)/3到(mmax-mmin)2/3之间的信号数值的均值。

[5]、将同一个信号段内的各时间小段的平均值，依时间顺序输出波形曲线。

根据上述技术方案，步骤b中，数字累加去除信号中低频噪音，基于光纤测温系统中的噪声主要是具有零均值的统计特性、用数字累加的方式去除系统中的低频噪声干扰，用噪声的统计特性来达到降噪的目的，为此采用数字平均的方法，即将一次测量的n点数据依次存储到内存单元中，将下一次测量的n点数据与内存对应单元的数据相加，再放回原内存单元，依次循环m次，然后对各单元求平均。

根据上述技术方案，步骤c中，软阈值法小波变换去噪声具体包括如下步骤：

(1)、计算含噪信号的正交小波变换：用正交小波变换的快速算法获得低分辨率下的尺度系数及各分辨率下的小波系数，并在处理边界时，采用周期延拓方法；

(2)、对小波系数进行非线性阈值处理：保留所有的低频系数，设定阈值，对每个小波系数采用软阈值方法进行处理，即将含噪信号的小波系数与所选定的阈值进行比较，大于阈值的点收缩为该点值与阈值的差值，小于阈值相反数的点收缩为该点值与阈值的和，幅值小于等于阈值的点变为零。

(3)、进行逆小波变换：将所有低频尺度系数，以及经由阈值处理后的小波系数做逆小波变换进行重构，得到恢复的原始信号的估计值。

根据上述技术方案，步骤s3中，将输出信号带入信号处理公式，求取光纤局域处的温度，针对a个信号段，逐个输出a个温度数值向外输出展示给使用者观看，并在a个温度数值均输出后，求取a个温度的平均值再次向外输出，展示给使用者观看；

信号处理公式为：

r(t)＝ia/is＝(λs/λa)⁴exp(-hcμt)；

式中：ia和is分别为反斯托克斯光和斯托克斯光的光强度，λs和λa和分贝为反斯托克斯光和斯托克斯光的波长，h为普朗克常量，c为光速，μ为玻尔兹曼常数，t为绝对温度。

一种基于分布式光纤测温的数据处理装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述任一项所述数据处理方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述任一项所述数据处理方法的步骤。

本发明通过设置多段累积，使得单次处理数据减少，进而加快处理过程中，使得使用者能更快速的了解到传感温度，并在最后通过所有温度取均值，能更精确地了解到光纤局域处的温度，同时在处理过程中，通过时域信号累积平均检测初步降噪，通过对小段信号测量，有效去除偏高过偏低的干扰数值，使得均值更接近原信号，有效去除大部分的噪声，同时利用数字累加去除信号中低频噪音，减少光纤测温系统中具有零均值统计特性的噪声造成的干扰，最后通过软阈值法小波变换去噪声，几乎完全抑制噪声，而且可很好的保留反映原始信号的特征尖峰点，因而具有较好的去噪效果，能够得到原信号的近似最优估计。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。