[发明专利]一种基于线性分段随机共振的光纤分布式胶带机故障信号提取方法

权利要求书

1.一种基于分段线性随机共振的光纤分布式胶带机故障信号提取方法，包括信号源、分布式光纤声传感器和传感光纤，所述方法包括以下步骤：

步骤s1：分布式光纤声传感器对所述传感光纤发射探测光脉冲，分布式光纤声传感器对所述传感光纤沿线的声振信息进行实时定量监测，并获取原始声振信号S(p,q)，其中p为获取脉冲个数，q为光纤沿线声振信号获取段数；

步骤s2：对步骤s1获取的原始声振信号S(p,q)按照光纤沿线长度分段S(p,i)进行分段线性随机共振处理，并记录存在故障段数，所述i为正整数且i小于q；

步骤s3：输出步骤s2记录的存在故障全部段数，并实时判别和定位。

2.根据权利要求1所述的一种基于分段线性随机共振的光纤分布式胶带机故障信号提取方法，其特征在于，所述步骤s2包括以下步骤：对所述步骤s1获取的原始声振信号S(p,q)按照光纤沿线长度分段S(m,i)进行分段线性随机共振处理，并记录存在故障全部段数，所述m代表时间尺度；

步骤s21：通过对采集数据进行分段线性随机共振处理，确定分段线性随机共振系统的系统参数a和b，使其在进行信号提取时，无需通过算法对每一分段数据分别优化系统参数，使用测试数据进行测试并成功提取故障信号，从而达到算法简化的目的；

步骤s22：经典随机共振理论受绝热近似理论和线性响应理论的限制，以频率小于1Hz的输入信号为前提条件，对于实际工程中的信号频率通常无法满足远小于1Hz的条件，需要对其进行尺度变换预处理，引入时间尺度m，对时间t作尺度变换得到τ＝mt；

步骤s23：通过步骤s21确定的系统系数a与b，建立分段线性随机共振系统的势函数；

其中a和b均为分段线性随机共振系统的系统参数，且均大于0；

步骤s24：根据分段线性随机共振系统的势函数U(x)，建立朗之万方程：

式中，a和b均为分段线性随机共振系统的系统参数，m为尺度变换的时间尺度，s(t),n(t)分别为输入信号与噪声信号；

步骤s25：对于朗之万方程，使用四阶龙格库塔法求解：

其中，x_r为输出信号的第r个采样点，τ_r为时间尺度的第r个采样点，h表示为迭代步长，通常选取m/fs。

使用四阶龙格库塔算法求解微分方程时，在每一次迭代开始时，先根据x_r的取值范围，确定势函数U(x)，然后通过f(x,t)求得龙格库塔系数k₁,k₂,k₃,k₄，从而得到x_r+1，不断迭代，得到最终的输出信号x；

步骤s26：通过判断分段线性随机共振处理之后的信号，确定数组S(p,i)中是否存在故障并记录存在故障段数，循环直至判断全部光纤沿线段数q。

3.根据权利要求1所述的一种基于分段线性随机共振的光纤分布式胶带机故障信号提取方法，其特征在于，步骤s3进一步的包括以下步骤：输出所述步骤s2记录的存在故障全部段数，并实时判别和定位。