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石油裂化管如何进行实验系统？

发表时间：2020-05-22 10:44:44

当有扰动作用在传感光纤上时，由于弹光效应的影响，受到扰动位置的光相位产生变化，引起对应位置后向散射光的相位变化，与脉冲宽度内散射光的干涉光强也会发生相位变化。将ΦOTDR在不同时刻的后向瑞利散射光干涉光强曲线做差，差值曲线上光干涉信号发生剧烈变化的位置，则对应扰动发生的位置。

本试验系统采用脉冲触发采集方式进行数据采集，采样频率为50MHz，脉冲触发频率为1000Hz。采集过程如下：函数发生器（ function generator,FG）分别各给AOM和采集卡一个脉冲信号，AOM将超窄线宽激光调制成光脉冲，经EDFA放大后开始在光纤中传播，同时采集卡以采样频率开始采集。每一个光脉冲在光纤中传播，在各个位置都有后向瑞利散射光形成并在脉冲宽度内发生干涉，各个位置的干涉信号沿光纤后向传播被光电探测器接收，再被采集卡采集，组成了整段光纤空间内的空域信号。1s内触发1000个光脉冲进行探测，采集的数据对应1000个空域信号，将其中某采样点的信号分别取出，构成了样本数为1000的该采样点在秒内的时域信号。本文研究的对象即为采样点的时域信号。

由于石油裂化管内部压力大于管外大气压力，当管壁某处出现裂缝或小孔时，高压水从漏口处喷出会主要引发一下3种噪声源：

1）使得石油裂化管的近壁区流体从层流状态转变为湍流状态，引起流体非稳定流动，造成湍流噪声；

2）当管内高压水向管外喷射时，泄漏处形成低压区，水中气核在该低压区析出发生空化现象形成空泡，空泡溃灭爆破造成空泡噪声；

3）液体在漏口处喷出与漏口高速摩擦引发摩擦噪声。由于石油裂化管中压力较大，平均庄力在0.3Mp以上，泄漏孔喷出的液体多处于临界状态喷口液体流速不受诸如液体压力等因素的影响，液体与喷口即空气摩擦引发的噪声相对恒定。

由于空泡生长，溃灭具有一定周期性，加上周围流体的紊乱，所以在泄漏时域信号上会有不规则的起伏。泄漏稳定时，大小空泡溃灭形成的空泡噪声互相叠加，在时域信号上体现出较稳定的序列曲线填充特征。采用分形盒维数测度可以将泄漏信号的信号空间填充度特征提取出来。

分形学是以局部和整体具有自相似的复杂事物为研究对象探索其复杂性的科学，应用在时间序列可以描述信号的不规则性和复杂性。在分形理论中，有从不同角度定义的多种分形维数的概念，如盒维数、信息维数、关联维数、相似性维数、谱维数等，其中盒维数以其计算简单、概念明晰等优点而被广泛采用。设离散振动信号x（jCX,X是n维欧氏空间R上的闭集，将R"划分成尽可能细的网格，若N4是网格宽度的离散空间上集合X的网格计数。

由于对时间序列进行盒维数计算时最小网络方格的时间轴跨度r为1，X轴坐标尺度为cr。对某两个幅值跨度范围相差很大的时间序列，无论c取何值，网络方格对于幅值跨度大的曲线的相对精度就要比幅值跨度小的曲线高。例如取r=2，c=1，则cr=2，此网络方格对于一个值在[0.1]之间变化的曲线进行覆盖后，由于网格的纵向宽度为cr，曲线没有穿过任何一个网格的上下边界，即纵向网格全部被忽略，计算得到的相交网络方格数必然为==500，此时对于不同的数值在[0.1]之间变化的曲线计算盒维数表现不出区分度。为了消除幅值大小对分形盒维数计算的影响，有必要对所有序列在计算分形盒维数之前进行归一化处理。

选取序列***值之和、序列标准差、序列复制范围作为备选归一化因子，考察22个数据文件将计算得到的分形盒维数与归一化因子作相关处理，得到的相关系数曲线。结果表明分形盒维数值对整个序列***值之和有***的正相关性，所以选择序列***值之和作为归一化因子，将每个序列***值之和进行统一。