基于ф-otdr分布式光纤预警系统的供水管道泄漏辨识研究

《基于ф-otdr分布式光纤预警系统的供水管道泄漏辨识研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于Ф-OTDR分布式光纤预警系统的供水管道泄漏辨识研究StudyonLeakageIdentificationofWaterPipelinebasedonФ-OTDRDistributedOpticalFiberSystem学科专业：仪器科学与技术研究生：王大伟指导教师：曾周末教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一七年五月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一

2、同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要供水管网作为市政管网工程的重要组成部分，其安全、高效供水的重要性不言而喻。目前，供水管网日常

3、运行遇到的主要泄漏困扰是突发爆管和管网漏损。由于管网老化等原因，管网漏损率很高，但是由于常见泄漏量较小，一般不易发现，定位困难，如果处理不及时也能恶化为重大泄漏事故，甚至危及人民生命财产安全。因此，寻求新的技术手段实施供水管网安全预警和泄漏监测，及时预报和定位管网漏损隐患，防患于未然，具有重大战略意义。Ф-OTDR分布式光纤传感系统有探测距离长、灵敏度高、成本低等优势，适合应用于供水管道的泄漏监测。系统通过检测泄漏激发的振动信号实现对供水管道的泄漏监测和安全预警。本文以Ф-OTDR分布式光纤传感为基础，搭建了基于COMExpress模块化数据采集平台，采用5

4、0MHz采样频率进行脉冲触发采样，保证系统能够实时采集、传输和处理传感数据。提出采用分形盒维数和改进近似熵作为特征量进行模式识别，在对信号计算分形盒维数的过程中，采用寻找无标度区的办法，使获得的盒维数参数值能够获取过电平率较高时的信号特定特征，从环境噪声中有效区分泄漏、敲击、侵入等激发的振动信号。根据不同类型信号的随机性差异，用近似熵复杂度度量时域信号，选取相似容限，使改进近似熵更加符合信号本质。将信号的分形盒维数和改进近似熵同时作为二维平面的两个输入参数，设置平面阈值范围辨识管道泄漏信号。实验研究表明，该方法对泄漏辨识的准确率为96.7%，能够有效地识别和

5、定位供水管道泄漏。关键词：泄漏辨识，Ф-OTDR，分形盒维数，近似熵，COMExpressIIIAbstractФ-OTDRdistributedopticalfibersensingsystemhasadvantagessuchaslongdetectionrange,highsensitivityandlowcost,andissuitableforapplicationinwatersupplypipelineleakagemonitoringproject.Inordertoensurethatthesystemcancollect,transmit

6、andprocessdatainrealtimethusachievereal-timemonitoringofleakage,thispaperbuildsaCOMExpressmodularcomputerplatform,usesaacquisitioncard,whosesamplingfrequencyisupto50MHz,toconducttriggeracquisition,thedatacollectedtransfertothehostcomputerforreal-timeprocessingbyDMAmodeviaPCIexpress

7、Bus.Theprocessingmethodisaleakageidentificationalgorithmdesignedaccordingtothemechanismofleakagenoisegeneration.Leakmonitoringonwatersupplypipelinebydetectingthevibrationcausedbytheleakage,thekeyofwhichliesinconductingeffectivelypatternrecognitiononthedatacollectedfromthesystem.Ino

8、rdertoachievepatternrecogn