干涉型光纤传感系统的信号处理
《基于OFDR的分布式光纤应变传感系统研究》范文
《基于OFDR的分布式光纤应变传感系统研究》篇一一、引言在现代化的工程结构监测与健康管理中，光纤传感技术已成为重要的测量手段之一。
分布式光纤应变传感系统作为其中最具代表性的技术之一，基于光频域反射（OFDR）技术，能够实现长距离、高精度的光纤传感器性能。
本文将对基于OFDR的分布式光纤应变传感系统进行深入研究，探讨其原理、性能及实际应用。
二、OFDR技术原理OFDR（Optical Frequency Domain Reflectometry）技术是一种利用光频域反射原理对光纤中的散射信号进行频谱分析的光纤传感技术。
它通过发射并测量连续的扫频光源的干涉信号，可以获得光纤中散射信号的频谱信息，从而实现对光纤中应变、温度等物理量的测量。
三、分布式光纤应变传感系统基于OFDR技术的分布式光纤应变传感系统主要由光源、干涉仪、数据处理与通信等部分组成。
系统通过连续的扫频光源照射光纤，测量其散射信号的频谱信息，然后通过数据处理与通信部分将测量结果进行实时传输与处理。
四、系统性能分析1. 测量范围：基于OFDR的分布式光纤应变传感系统具有长距离的测量能力，能够实现对长距离光纤中应变、温度等物理量的连续监测。
2. 精度：通过优化系统结构与数据处理算法，可以实现高精度的光纤传感性能。
3. 实时性：系统具有较高的实时性，能够实现对光纤中物理量的实时监测与预警。
4. 稳定性：系统结构稳定，不易受外界干扰，具有良好的抗干扰能力。
五、实际应用基于OFDR的分布式光纤应变传感系统在众多领域得到广泛应用。
例如，在桥梁、大坝等重要基础设施的监测中，通过该系统可以实时监测结构物的变形、应力分布等情况，为结构健康管理提供重要依据。
此外，该系统还可应用于电力、石油、化工等行业的管道监测，以及地铁隧道等地下结构的监测。
六、结论基于OFDR的分布式光纤应变传感系统具有长距离、高精度、实时性等优点，为光纤传感技术的发展提供了新的方向。
未来，随着技术的不断进步与应用领域的拓展，该系统将在工程结构监测与健康管理等领域发挥更加重要的作用。
光纤传感器的特点和工作原理
光纤传感器的特点和工作原理1.高灵敏度：光纤传感器能够接收到非常微弱的光信号，并将其转化为电信号进行数据处理。
这种高灵敏度使得光纤传感器可用于检测微小的变化和测量精细的物理量。
2.抗干扰性强：光纤传感器的光信号传输过程中不受电磁干扰的影响，使其具有较高的抗干扰性能。
与其他传感器相比，光纤传感器更适用于恶劣环境或强电磁干扰的场景。
3.长距离传输：光纤传感器光信号可以在长距离内传输而不损失信号质量，通常达到数公里甚至数十公里以上。
这使得光纤传感器适用于需要远距离传输的应用，如油井测量和风力发电等。
4.多通道传感：光纤传感器可以通过利用光纤束分光器将光信号分离为多个通道，从而可以同时监测多种物理量。
这种多通道传感方式使得光纤传感器在复杂环境下能够实现多参数的测量。
5.可编程性强：光纤传感器的灵活性较高，可以通过编程实现不同物理量的测量和检测。
这种可编程性使得光纤传感器可以应用于不同领域的需求，如工业自动化、医疗检测和环境监测等。
1.光源发出光信号：光源通常是一种辐射能量较高的光发射器，如激光器、发光二极管等。
光信号从光源中发出，并进入光纤。
2.光信号在光纤中传播：光信号经过光纤中的全反射现象进行传输。
光纤外部环境的变化会引起光信号的相位、强度和频率等发生变化。
3.光信号与环境变化相互作用：当光信号遇到光纤的外表面或内部材料时，会发生干涉、散射、吸收等与环境变化相关的效应。
这些效应会改变光信号的特性，进而实现对环境变量的测量。
4.光检测器检测光信号：光检测器通常是一种能够将光信号转化为电信号的器件，如光电二极管、光敏电阻等。
光检测器接收光信号并将其转化为电信号，供后续的信号处理和数据分析。
5.信号处理和数据分析：光纤传感器中的电信号经过信号处理和数据分析，得到我们所需的物理量或信息。
这些处理方法可以根据具体的应用需求进行选择和优化，以实现精确的测量和监测。
总之，光纤传感器具有高灵敏度、抗干扰性强、长距离传输、多通道传感和可编程性强等特点。
光纤传感原理
光纤传感原理光纤传感原理是利用光纤中光的传播特性来实现传感的原理。
光纤传感技术是一种基于光纤的传感器技术，利用光或光波的性质来实现对环境中物理量的检测和测量。
光纤传感器通常由光源、光纤传输介质和接收器三部分组成。
光纤传感器中的光源可以是激光器或波长可调谐的光源，通过调节光源的发射特性，可以实现对不同波长的光进行传输。
光纤传感器中的光纤传输介质通常是由高纯度玻璃或塑料制成的细长光纤。
光纤具有优异的光学性能，可以实现对光的传输、分配和耦合。
光纤的细小尺寸和柔性使得它可以方便地用于各种复杂的环境中。
光纤传感器中的接收器是用来接收从光纤中传输过来的光信号，并将其转化为电信号进行处理和分析。
接收器通常包括光电转换器和信号处理电路。
光电转换器主要是将光信号转化为电信号的装置，常见的光电转换器有光电二极管和光电倍增管等。
信号处理电路用于对接收到的电信号进行放大、滤波和解码等操作，从而实现对光信号的准确检测和测量。
光纤传感器的工作原理可以通过不同的机制来实现。
常见的光纤传感器工作原理包括光耦合效应、光纤衍射效应、光纤干涉效应、光纤散射效应等。
其中，光耦合效应是利用光在光纤中的传输特性和与外界物体的光发射与接收来实现测量。
光纤衍射效应是通过测量光纤中的衍射现象来实现对环境参数的测量。
光纤干涉效应是利用光在光纤中的干涉现象来实现对物理量的测量。
光纤散射效应是通过测量光在光纤中的散射现象来实现对环境的检测。
总之，光纤传感原理是利用光在光纤中的传播和与外界环境的相互作用来实现对环境参数的测量和检测。
光纤传感技术在工业、军事、医疗等领域具有广泛的应用前景，可以实现对温度、压力、应变、湿度等物理量的高精度测量和监测。
光纤传感综合实验报告
一、实验目的1. 了解光纤传感的基本原理和特点。
2. 掌握光纤传感器的实验操作方法和数据采集技巧。
3. 分析光纤传感器在实际应用中的性能和适用范围。
二、实验原理光纤传感器是一种基于光波导原理的传感器，利用光纤传输光信号，实现对被测量的物理量的检测。
光纤传感器具有体积小、重量轻、抗电磁干扰、防腐性好、灵敏度高等优点，广泛应用于压力、应变、温度、位移等物理量的测量。
本实验主要涉及以下几种光纤传感器：1. 光纤光栅传感器：利用光纤光栅对光波波长进行调制，实现对温度、应变等物理量的测量。
2. 光纤干涉传感器：利用光纤干涉原理，实现对位移、振动等物理量的测量。
3. 光纤激光传感器：利用光纤激光器发出的激光，实现对物体表面缺陷、气体浓度等物理量的测量。
三、实验仪器与材料1. 光纤传感实验仪2. 激光器及电源3. 光纤夹具4. 光纤剥线钳5. 宝石刀6. 激光功率计7. 五位调整架8. 显微镜9. 显示器四、实验步骤1. 光纤光栅传感器实验（1）搭建实验装置，连接光纤传感实验仪和激光器。
（2）调整实验参数，包括光栅长度、温度等。
（3）采集光纤光栅传感器的输出信号，分析光栅对光波波长的影响。
2. 光纤干涉传感器实验（1）搭建实验装置，连接光纤传感实验仪和光纤干涉仪。
（2）调整实验参数，包括干涉仪的间距、光程差等。
（3）采集光纤干涉传感器的输出信号，分析干涉条纹的变化规律。
3. 光纤激光传感器实验（1）搭建实验装置，连接光纤传感实验仪和光纤激光器。
（2）调整实验参数，包括激光功率、检测距离等。
（3）采集光纤激光传感器的输出信号，分析激光光束的传播特性。
五、实验结果与分析1. 光纤光栅传感器实验结果实验结果显示，随着温度的升高，光纤光栅传感器的反射光谱发生红移，反射光谱峰值波长随温度的变化率与光栅的折射率调制周期成正比。
这说明光纤光栅传感器可以实现对温度的精确测量。
2. 光纤干涉传感器实验结果实验结果显示，随着干涉仪间距的增加，干涉条纹的间距增大，条纹数减少。
光纤传感器工作原理
光纤传感器工作原理光纤传感器是一种利用光学原理进行测量的传感器。
相比传统的电信号传感器，光纤传感器具有更高的灵敏度、更大的频带宽度和更好的抗干扰性能，因此在工业、医疗、环境监测等领域得到广泛应用。
光纤传感器的工作原理基于光的传播和传感效应。
光纤传感器通常由光源、光纤、敏感元件和光电转换器组成。
在光纤传感器中，光源发出一束光经过光纤进行传播。
光纤是一种能够将光信号限制在光纤内部的细长光导波装置，通常由具有高折射率的芯和具有低折射率的包层构成。
光信号在光纤中的传播受到光纤材料的折射特性和光纤结构的影响。
在光纤传感器中，常用的敏感元件有光纤光栅和光纤干涉仪。
光纤光栅是用特殊的制备工艺在光纤的芯或包层中形成的周期性折射率变化的光学结构，可以实现对光的频率、幅度和相位等参数的敏感检测。
光纤干涉仪则利用光纤在传播过程中发生的干涉现象进行测量，通过改变光波在不同光纤路径中的相位差，可以获取被测物理量的信息。
光纤传感器中的敏感元件接收到通过光纤传播过来的光信号后，将其转换成与被测物理量相关的光学信号。
然后，光学信号通过光电转换器转换为电信号，经过放大、处理和解码等步骤后，最终得到与被测物理量相关的结果。
光纤传感器的工作原理可以通过以下几个方面来解释：1. 光纤传感器的基本原理是利用光的折射和传播规律。
当光束从一个介质传播到另一个介质时，由于光在不同介质中的折射率不同，光束的传播方向会发生偏折。
通过对光束的偏折进行测量，可以得到与被测物理量相关的信息。
2. 光纤传感器的工作过程涉及到光的干涉现象。
干涉是指两个或多个光波相互叠加形成的干涉图样。
在光纤传感器中，通过使光波在光纤中沿不同路径传播，利用不同路径上光波的相位差来实现测量。
当被测物理量发生变化时，导致光线的路径长度或相位发生变化，从而引起干涉图样的变化。
3. 光纤传感器的敏感元件可以是光纤光栅或光纤干涉仪。
光纤光栅是通过将光纤的芯或包层制作成具有周期性折射率变化的结构，利用光在光纤光栅中的反射和折射等效应进行测量。
第五章-相位调制型光纤传感器PPT课件
应力应变、温度
萨格纳克(Sagnac)效应
5.3 光纤相位调制机理
光波通过长度为L的光纤，出射光波的相位延迟为
2
L kL
光波在外界因素的作用下，相位的变化为
L
k
k
(
k
Lk
)
L
n
L
a
L
n
a
应变效应或
热胀效应
光弹效应或 泊松效应（灵敏度
➢ 使用方便。封闭式光路，不受外界干扰，减少了
干涉仪的长臂安装和校准的固有困难，可使干涉
仪小型化。
➢ 灵活多样。光纤本身是传感器的敏感部分，其探
头的形状可按使用要求设计成不同形状。
➢ 对象广泛。不论何种物理量，只要对干涉仪中的
光程产生影响，就可用于传感。
缺点
➢ 需相干光源，单模光纤以及高精度光电检测系统
萨格纳克(Sagnac)干涉仪
法布里-泊罗(Fabry-Perot)干涉仪
常用光纤干涉传感器是利用上述原理由光纤
实现的干涉型光纤传感器。
迈克耳逊
（A.A.Michelson）
美籍德国人
迈克耳逊在工作
因创造精密光学
仪器，用以进行
光谱学和度量学
的研究，并精确
测出光速，获
1907年诺贝尔物
理奖。
➢由激光器输出的单
2
I min
透射的干涉光强的最大值与最小值之比
I max 1 R
I min 1 R
2
反射率R越大，干涉光强越显著，分辨力越高。
光纤传感器
光纤传感器传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。
在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。
光纤具有很多优异的性能，例如：具有抗电磁和原子辐射干扰的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方（如高温区），或者对人有害的地区（如核辐射区），起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。
光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等）发生变化，成为被调制的信号光，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。
1.光纤的结构2.光纤的传光原理3.光纤传感器工作原理（1）功能型——利用光纤本身的某种敏感特性或功能制成（2）传光型——光纤仅仅起传输光的作用，它在光纤端面或中间加装其它敏感元件感受被测量的变化。
光纤传感器的测量原理有两种：（1）物性型光纤传感器原理，物性型光纤传感器是利用光纤对环境变化的敏感性，将输入物理量变换为调制的光信号。
其工作原理基于光纤的光调制效应，即光纤在外界环境因素，如温度、压力、电场、磁场等等改变时，其传光特性，如相位与光强，会发生变化的现象。
因此，如果能测出通过光纤的光相位、光强变化，就可以知道被测物理量的变化。
这类传感器又被称为敏感元件型或功能型光纤传感器。
激光器的点光源光束扩散为平行波，经分光器分为两路，一为基准光路，另一为测量光路。
外界参数(温度、压力、振动等)引起光纤长度的变化和相位的光相位变化，从而产生不同数量的干涉条纹，对它的模向移动进行计数，就可测量温度或压等。
（2）结构型光纤传感器原理，结构型光纤传感器是由光检测元件(敏感元件)与光纤传输回路及测量电路所组成的测量系统。
其中光纤仅作为光的传播媒质，所以又称为传光型或非功能型光纤传感器。
光纤传感技术原理与应用研究
光纤传感技术原理与应用研究近年来，光纤传感技术在各个领域得到了广泛的应用。
本文将深入探讨光纤传感技术的原理以及其在实际应用中的研究成果。
一、光纤传感技术原理光纤传感技术是一种基于光信号传输的测量和控制方法。
其原理是通过光的传播和传输特性来感知环境的参数变化，并将信号传递到检测仪器进行处理分析。
光纤传感技术的核心是光纤的特性，包括引导光信号传输的光纤芯和包覆在芯外部的光纤壳。
光纤传感技术有多种工作原理，其中最常见的是基于光纤的干涉原理。
当光信号在光纤中传输时，会与介质的参数变化相互作用，改变其传播特性，这种变化可通过测量光的相位或强度来分析。
例如，当光纤传感器暴露在温度变化的环境中时，光纤的长度会发生微小变化，从而导致光的相位或强度发生变化。
通过测量这些变化，我们可以准确地测量环境的温度。
二、光纤传感技术的应用研究1. 温度传感应用光纤传感技术在温度测量领域具有广泛的应用。
通过利用光纤的热敏特性，可以实现高精度、远距离的温度测量。
比如，在火电厂中，通过将光纤传感器布置在管道上，可以实时监测管道的温度分布，及时预警可能出现的故障。
2. 压力传感应用利用光纤的压力敏感特性，可以实现对压力变化的测量。
在石油钻井、航空航天等领域，光纤传感器被广泛应用于高压条件下的压力监测。
相比传统的电子压力传感器，光纤传感器具有更高的可靠性和耐用性。
3. 气体传感应用通过将光纤传感器与特定的气体传感材料相结合，可以实现对气体成分的监测。
例如，在环境监测中，光纤传感器可以用于监测空气中的有害气体浓度，如二氧化碳、一氧化碳等。
由于光纤传感器具有高灵敏度和快速响应的特性，可以实现对极低浓度气体的准确测量。
4. 应变传感应用由于光纤传感器具有极高的灵敏度和对应变的良好适应性，因此在结构安全监测领域得到了广泛应用。
通过布置在工程结构中的光纤传感器，可以实时监测结构的应变变化，从而提前发现潜在的结构故障隐患。
5. 生物医学应用光纤传感技术在生物医学领域也有着重要的应用。
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干涉型光纤传感系统的信号处理王英杰;邓大鹏;代晓媛【摘要】根据干涉型光纤传感系统信号的特点,比较分析了数字滤波、小波去噪等方法的去噪效果及影响因素,同时,利用小波包能量分析方法,深入分析采集信号的特征向量,定义了线路状态检测指标,研究了各类振动的特征差异.【期刊名称】《光通信技术》【年(卷),期】2013(037)012【总页数】4页(P25-28)【关键词】干涉型光纤传感系统;小波Birge-Massart阈值去噪;线路状态检测指标【作者】王英杰;邓大鹏;代晓媛【作者单位】西安通信学院,西安710106;西安通信学院,西安710106;68108部队,兰州730000【正文语种】中文0 引言针对微弱扰动的高灵敏检测，国内外提出了不同结构的干涉型分布式光纤传感技术[1～4]，这些传感技术构成的检测系统灵敏度极高、结构简单和成本较低，一直受到较多的关注。
但我国自行开发的此类实用系统并不多，主要是系统定位稳定性不够，对振动信号识别困难，漏报、误报率较高。
究其原因，主要是影响系统的噪声较大，以及对扰动类型的识别研究不够。
因此，降低采集信号的噪声，分析、提炼不同扰动信号的特征量，对干涉型光纤传感系统尽快投入实际应用有着十分重要的意义。
1 信号去噪处理系统采集到的干涉信号通常很微弱，同时由于背景噪声、电路噪声和元器件噪声的影响，采集到的干涉信号混有大量干扰噪声，极大地制约了系统的判别和定位精度。
为更准确的信号分析、判决和定位，需对干涉信号进行滤波去噪。
1.1 数字滤波数字滤波器在数字信号处理中起着非常重要的作用，它具有精度高、可靠性高和灵活性大等优点，是使用最广泛的一种线性系统。
根据冲激响应的时域特性，数字滤波器可分为无限长冲激响应滤波器（IIR）和有限长冲激响应滤波器（FIR）。
对于相同的滤波器设计指标，FIR 滤波器所要求的阶数比IIR 滤波器高5～10 倍，信号延时大并且实现较复杂[5]。
IIR 数字滤波器主要有Butterworth 滤波器、ChebysheveⅠ型滤波器、ChebysheveⅡ型滤波器和椭圆滤波器四种形式。
其中Butterworth 滤波器通带内的幅频响应曲线能得到最大限度的平滑[6]。
干涉型光纤传感系统干涉信号中的有用成分主要集中在0～3500Hz，因此可选用截止频率fc为4000Hz 的Butterworth 低通滤波器。
原始数据为光源选用多纵模光源且光缆受到弯曲时采集的数据如图1 所示。
不同阶数的Butterworth低通滤波器的滤波效果如图2 所示。
对比图1 和图2可以看出，阶数n＝1 时滤波效果不是很明显，n＝3 时滤波效果要远好于n＝1 时的滤波效果，但当n＞3 时滤波效果不再有显著的改善。
因此巴特沃斯低通滤波器的阶数最好选为3 阶。
图1 原始数据图2 截止频率fc为4000Hz 时巴特沃斯低通滤波后的数据1.2 小波阈值去噪小波变换是一种时-频局域化分析方法，用于对非平稳信号去噪，既能较好地去除噪声，又不损害信号的突变部分[7]。
对于含噪声的一维信号的基本模型通常用式（1）表示[8]：其中，f(i)为原始信号，e(i)为噪声信号，s(i)为含噪声信号，τ 为噪声强度，i 为小波分解的尺度。
为了从含噪声信号s(i)中还原出真实信号f(i)，可以利用信号和噪声在小波变换下的不同特性，通过对小波分解系数进行处理来达到信号和噪声分离的目的。
先对含噪声信号进行小波分解(假设进行三层分解)，信号的小波分解结构如式（2）所示。
其中，s 为含噪声信号，cAi 为小波分解的近似部分，cDi 为小波分解的细节部分（i＝1，2，3），则噪声部分通常包含在cD1、cD2 和cD3 中，用门限阈值对小波系数进行处理，重构信号即可达到降噪的目的。
小波阈值去噪有强制去噪、默认阈值去噪、penalty 阈值去噪和Birge-Massart 阈值去噪等多种阈值选择方法。
对小波系数作门限阈值处理常用硬阈值函数和软阈值函数。
硬阈值是把信号的绝对值与指定的阈值进行比较，小于或等于阈值的点变为0，大于阈值的点保持不变；软阈值是把信号的绝对值与指定的阈值进行比较，小于或等于阈值的点变为0，大于阈值的点变为该点值与阈值的差。
一般来说，硬阈值比软阈值处理后的信号更粗糙一些。
本文选用软阈值处理，原始信号如图1所示，不同阈值选择方法的去噪效果如图3 所示。
图3 不同阈值选择方法的去噪效果对比图1 和图3 可以得出，强制去噪虽然很好地滤除了噪声但同时也滤掉了有用信号成分。
默认阈值去噪和penalty 阈值去噪虽达到了去除噪声和保留有用信号的目的，但去噪效果与数字滤波相比优势不明显，考虑到小波分解和重构的运算量很大，这两种方法对该系统中干涉信号去噪的应用价值不大。
Birge-Massart 阈值去噪后的效果明显优于数字滤波器去噪后的效果。
在系统实时性要求不高但检测灵敏度要求较高的场合，可以采用小波Birge-Massart 阈值去噪。
2 小波包分解的时域分析传感光纤受到不同振动时，采集数据在各频率上的波动也不同。
基于这一点，利用小波包分解后的时域分析方法对采集信号进行分析处理，目的是找到不同振动信号识别用的特征量。
该方法是在某一分解尺度上通过对信号在不同频带内的分解，分别重构不同频带内的分解系数，然后重构形成一组新的时间序列，对这些序列采用时域分析的方法，提取不同频带的信号特征，确定出相应的特征向量，并通过特征向量达到传感光纤状态检测的目的。
方法步骤如下：①选择小波，并对采集信号进行j 层小波包分解，得到第j 层各节点小波包分解系数W（j，k），k＝0，1，…，2j-1。
②重构第j 层各节点小波包分解系数W（j，k），k＝0，1，…，2j-1。
将信号分解为个频带，最高频率成分并不在。
这是由于信号子空间频带的频率大小并非按照分解树节点(node) 编号的大小顺序排列[9]。
③对各个频带进行时域分析。
选取频带W（j，k）对应的两种时域分析参数：能量E（j，k）、方差D（j，k）作为振动信号的特征分析参数。
式中，xjk为W（j，k）中第k个数据，为W（j，k）的平均值，n为数据个数。
④构造特征向量。
光纤上不同的振动会对各频带内信号的时域分析参数产生不同的影响，按信号子空间频带顺序构造能量和方差的特征向量如式（4）所示。
⑤定义线路状态检测指标。
当线路受到不同振动时，采集信号各频带内的时域分析参数会发生不同变化，为便于定量分析，本文定义线路状态检测指标Eσ如式（5）所示。
式中，Ej，k为待检测信号的第j 层第k个频带子空间的小波能量，为线路无扰动时采集数据的第j 层第k个频带子空间的小波能量。
Eσ反映了线路受不同扰动时采集数据能量变化的程度。
3 实验及信号分析结果3.1 实验环境实验线路总长4.75km，其中，2.5km 的光缆架空敷设（其中，约35m 的光缆架空通过公路上方），约2.25km 的光缆直埋敷设。
光源选用多纵模光源，波长为1310nm，功率为-0.82dBm，线路损耗为-12dBm。
使用数据采集卡和基于LabVIEW 开发的数据采集处理系统对线路数据进行采集和分析，采样率设为25kHz，选用sym8 小波对采集信号进行6 层小波包分解。
3.2 实验数据分析3.2.1 线路没有受到人为扰动理想条件下，传感光纤没有受到人为扰动时，实验数据应为0V 平滑直线。
但由于自然环境下存在诸如振动、风吹等非常多的不可避免的环境噪声，从而可能造成干涉光强随机变化。
本文在对大量采集数据分析基础上，选取较典型的一组数据，数据的时域图如图4所示，能量和方差的特征向量如图5 所示。
图4 光缆无人为扰动时采集数据的时域图图5 光缆无人为扰动时采集数据的能量和方差的特征向量采集数据最大值为0.0229V，最小值为-0.0223V，均值为0.00315V，方差为0.000004238。
在刮风的条件下，采集数据波动值会变大，但为随机波动，方差仍然接近于0。
从图5 可以看出，线路无人为扰动时采集数据的能量主要集中在1～2 频带内，即频率主要分布在0～390.6Hz 范围内。
另外，第3、22～30、46～53 频带内也有极小部分能量存在。
选取该组数据的能量特征向量来计算待检测数据的线路状态检测指标Eσ，指标值为0.596。
3.2.2 挖光缆开挖埋在沙坑里的光缆，采集数据的时域图如图6 所示，采集数据能量和方差的特征向量如图7 所示。
数据的最大值为0.4642V，最小值为-0.4275V，均值为0.0026V，方差为0.0000362109。
挖光缆时采集数据波动值大，且数据异常波动范围大，从图7 可以看出，挖光缆时采集数据的能量分布较分散，在各个频带内都有能量存在，但能量主要集中在1～12 频带内，且各频带内的能量较小，线路状态检测指标为14.337。
图6 开挖光缆时采集数据的时域图图7 挖光缆时采集数据能量和方差的特征向量图8 木棍轻微敲击光缆时采集数据的时域图3.2.3 用木棍轻微敲击光缆图9 用木棍轻微敲击光缆时采集数据能量和方差的特征向量用木棍轻微敲击光缆，采集数据的时域图如图8所示，能量和方差的特征向量如图9 所示。
数据的最大值为0.4559V，最小值为-0.4682V，均值为0.003V，方差为0.000088306951。
数据的能量主要集中在第1～11频率区间，即频率主要分布在0～2148.4Hz 范围内，且各频带内的能量相对于无人为扰动时增大了很多。
线路状态检测指标为43.882。
4 结束语综合上面的分析和实验表明，对于干涉型光纤传感信号，阶数N＝3、截止频率fc ＝4000Hz 的巴特沃斯低通滤波和小波Birge-Massart 阈值去噪的可用性较强，去噪效果明显；各种振动情况下虽然均值、方差区别不是很明显，但线路状态检测指标有明显变化。
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