一种基于匹配光栅传感的OPGW光缆舞动监测降噪方法技术

本发明专利技术提供一种基于匹配光栅传感的OPGW光缆舞动监测降噪方法，包括：利用匹配光栅阵列进行光缆分布式监测，采集监测线路上舞动信号；在所述匹配光栅阵列中选取一对光栅中间的传感单元作为参考传感器，利用干涉解调算法解调出环境变化导致的光相位变化量，作为自适应噪声消除算法输入端1口；在分布式监测阵列中的其他传感器利用干涉解调算法解调出舞动导致的光相位变化量，作为自适应噪声消除算法输入端2口；基于所述输入端1口和输入端2口信号通过自适应噪声消除算法进行自适应噪声消除。本发明专利技术可得到信噪比更佳的传感结果，改善监测结果，有助于提升光纤传感技术在电力监测行业的技术进步，具有重要工程价值。具有重要工程价值。具有重要工程价值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于匹配光栅传感的OPGW光缆舞动监测降噪方法


[0001]本专利技术涉及电力系统领域，具体是一种基于匹配光栅传感的OPGW光缆舞动监测降噪方法。

技术介绍

[0002]光纤传感技术近年来迅速发展，在周界安防、火灾报警、结构监测、军事领域等方面都发挥了越来越大的作用。而在电力行业，光纤复合架空地线(OPGW)也成功引入光纤传感技术，用于在复杂环境监测电缆线路舞动、覆冰、雷击等状态。基于光纤光栅振动及应变传感的技术在OPGW线路监测也得到成功应用，但由于OPGW线路所处的实际地域不同，地形多变，经常处于恶劣外界环境中受到干扰，因此导致监测系统信噪比较低。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种基于匹配光栅传感的OPGW光缆舞动监测降噪方法，将其应用于舞动监测，得到信噪比更佳的传感结果，改善监测结果，有助于提升光纤传感技术在电力监测行业的技术进步，具有重要工程价值。
[0004]一种基于匹配光栅传感的OPGW光缆舞动监测降噪方法，包括如下步骤：
[0005]利用匹配光栅阵列进行光缆分布式监测，采集监测线路上舞动信号，所述匹配光栅阵列采用光栅中间的光纤作为传感单元；
[0006]在所述匹配光栅阵列中选取一对光栅中间的传感单元作为参考传感器，利用干涉解调算法解调出环境变化导致的光相位变化量，此时的参考传感器相位变化量作为自适应噪声消除算法输入端1口；
[0007]在匹配光栅阵列中的其他传感器利用干涉解调算法解调出舞动导致的光相位变化量，此时的其他传感器相位变化量作为自适应噪声消除算法输入端2口；
[0008]基于所述输入端1口和输入端2口信号通过自适应噪声消除算法进行自适应噪声消除，其中输入端1口为参考输入，输入端2口为主输入信号；
[0009]所述自适应噪声消除算法中通过设置加权因子、滤波器阶数，不断迭代更新直至输出降噪后的输出信号。
[0010]进一步的，窄线宽激光器发出的脉冲光经过第一环形器进入匹配光栅阵列的各个光栅，其中光栅间距为L，经过光栅反射后，通过第二环形器经过耦合器进入不同长度的第一法拉第旋转镜和第二法拉第旋转镜，干涉仪臂长差与光栅间距一致，耦合器、第一法拉第旋转镜和第二法拉第旋转镜构成非平衡干涉仪，前后相邻的光脉冲通过非平衡干涉仪实现光程匹配，进而发生双光束干涉，此时每个相邻光栅和中间的光纤构成一个FBG
‑
FP腔，通过相位解调振动幅度，得到外界环境导致的参考传感器相位变化量和监测传感器相位变化量，将参考传感器相位变化量作为自适应噪声消除算法参考输入口，即所述法输入端1口，将监测传感器相位变化量作为主信号输入口，即所述输入端2口。
[0011]进一步的，所述参考传感器由一组FBG
‑
FP腔组成，处于监测阵列前端。
[0012]进一步的，基于所述输入端1口和输入端2口信号通过自适应噪声消除算法进行自适应噪声消除，具体包括：
[0013]将传感部分所解调得到的含噪声有用信号作为总体输入端口2，记为x(n)，将参考部分解调得到的噪声信号作为系统噪声输入端口1，记为y(n)，具体表达式为：
[0014][0015]式中：x(n)为传感部分信号；noise(n)为传感部分内部包含的噪声；s(n)为传感部分有用信号；y(n)为参考部分信号；noise
c
(n)为参考部分内部包含的噪声；z(n)为误差信号；p(n)为滤波器输出信号；w
i
(n)为滤波器权系数矢量中的第i个值；y(n
‑
1)为y(n)在n时刻之前第i个采样点值。
[0016]本专利技术利用传感系统相干检测法解调相位差；在各输电线塔节点位置选取传感器相位差以提取参考信号；参考信号相位差作为一路输入，传感阵列原始信号相位差作为另一路输入，共同输入到自适应噪声消除器，实现舞动监测系统自适应噪声消除；最后输出高信噪比舞动监测结果，相比现有技术得到信噪比更佳的传感结果，改善监测结果，有助于提升光纤传感技术在电力监测行业的技术进步，具有重要工程价值。
附图说明
[0017]图1是本专利技术基于匹配光栅传感的OPGW光缆舞动监测降噪系统的结构示意图；
[0018]图2是基于参考传感器的自适应滤波时域结果对比；
[0019]图3是基于参考传感器的自适应滤波频域结果对比。
具体实施方式
[0020]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]本专利技术实施例提供一种基于匹配光栅传感的OPGW光缆舞动监测降噪方法，包括如下步骤：
[0022]利用匹配光栅阵列进行光缆分布式监测，采集监测线路上舞动信号，由于干涉测量原理为匹配干涉方式，因此光栅单元并不产生传感，而是利用光栅中间的光纤作为传感单元，传感间距可变、感知灵敏度可调，更加适应OPGW光缆监测要求；
[0023]在所述匹配光栅阵列中选取一对光栅中间的传感单元作为参考传感器，利用干涉解调算法解调出环境变化导致的光相位变化量，此时的参考传感器相位变化量作为自适应噪声消除算法输入端1口；
[0024]在匹配光栅阵列中的其他传感器利用干涉解调算法解调出舞动导致的光相位变化量，此时的其他传感器相位变化量作为自适应噪声消除算法输入端2口；
[0025]基于所述输入端1口和输入端2口信号通过自适应噪声消除算法进行自适应噪声消除，其中输入端1口为参考输入，输入端2口为主输入信号；
[0026]自适应噪声消除算法中通过设置加权因子、滤波器阶数，不断迭代更新直至输出降噪后的输出信号。
[0027]基于参考传感器进行噪声抑制的OPGW光纤传感舞动监测系统如图1所示。窄线宽激光器(Laser)发出的脉冲光经过环形器(CIR1)进入OPGW线路的各个光栅(FBGs)，其中光栅间距为L，经过光栅反射后，通过环形器2(CIR2)经过耦合器(Coupler)进入不同长度的法拉第旋转镜1(FRM1)和法拉第旋转镜2(FRM2)，干涉仪臂长差与光栅间距一致。耦合器、法拉第旋转镜1(FRM1)和法拉第旋转镜2(FRM2)构成非平衡干涉仪。前后相邻的光脉冲通过非平衡干涉仪实现光程匹配，进而发生双光束干涉，此时每个相邻光栅和中间的光纤构成一个FBG
‑
FP腔，通过相位解调振动幅度，得到外界环境导致的参考传感器相位变化量和监测传感器相位变化量。将参考传感器相位变化量作为自适应噪声消除算法参考输入口，将监测传感器相位变化量作为主信号输入口，设置加权因子、滤波器阶数，使输出信号不断参考输入口所含噪声结果，最终实现监测信号自适应噪声消除，得到降噪后的监测信号，进一步高精度反演光缆舞动特征。
[0028]在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于匹配光栅传感的OPGW光缆舞动监测降噪方法，其特征在于，包括如下步骤：利用匹配光栅阵列进行光缆分布式监测，采集监测线路上舞动信号，所述匹配光栅阵列采用光栅中间的光纤作为传感单元；在所述匹配光栅阵列中选取一对光栅中间的传感单元作为参考传感器，利用干涉解调算法解调出环境变化导致的光相位变化量，此时的参考传感器相位变化量作为自适应噪声消除算法输入端1口；在匹配光栅阵列中的其他传感器利用干涉解调算法解调出舞动导致的光相位变化量，此时的其他传感器相位变化量作为自适应噪声消除算法输入端2口；基于所述输入端1口和输入端2口信号通过自适应噪声消除算法进行自适应噪声消除，其中输入端1口为参考输入，输入端2口为主输入信号；所述自适应噪声消除算法中通过设置加权因子、滤波器阶数，不断迭代更新直至输出降噪后的输出信号。2.如权利要求1所述的基于匹配光栅传感的OPGW光缆舞动监测降噪方法，其特征在于：窄线宽激光器发出的脉冲光经过第一环形器进入匹配光栅阵列的各个光栅，其中光栅间距为L，经过光栅反射后，通过第二环形器经过耦合器进入不同长度的第一法拉第旋转镜和第二法拉第旋转镜，干涉仪臂长差与光栅间距一致，耦合器、第一法拉第旋转镜和第二法拉第旋转镜构成非平衡干涉仪，前后相邻的光脉冲通过非平衡干涉仪实现光程匹配，进而发生双光束干涉，此时每个相邻光栅和...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭庆瑞，王开科，李峰，郭学让，何玲，张强，李亚平，张志军，解鹏，黎玉娥，张烨，张秦玚，
申请(专利权)人：国家电网有限公司北京物联感知科技有限公司，
类型：发明
国别省市：