Page 175 - 《应用声学》2023年第4期

第 42 卷 第 4 期 彭任华等： 利用深度神经网络实现分布式相干瑞利光纤振动事件分类 837

业，图 5、图 6 分别给出了两处测试点加速度传感器 频率为 ω 2 = 52 Hz。这是由于测试点 2 附近土壤由
在有无振动条件下时域波形以及频域波形。图6 中 于靠近水沟，土层含水量增大，造成等效弹簧劲度系
可以明显观察到加速度振动信号的共振峰结构，测 数偏低，共振峰频率向低频移动。
试点 1 共振峰频率为 ω 1 = 68 Hz，测试点 2 共振峰

1.0 ฾តག1 1.0 ฾តག1
ҫᤴए/(mSs -2 ) -0.5 0 ҫᤴए/(mSs -2 ) -0.5 0
0.5
0.5

-1.0 -1.0
0.02 0.06 0.10 0.14 0.18 0.02 0.06 0.10 0.14 0.18
1.0 ฾តག2 1.0 ฾តག2
ҫᤴए/(mSs -2 ) 0.5 0 ҫᤴए/(mSs -2 ) 0.5 0

-0.5
-1.0
-1.0 -0.5
0.02 0.06 0.10 0.14 0.18 0.02 0.06 0.10 0.14 0.18
௑ᫎ/s ௑ᫎ/s
(a) ద૝үͻˊ (b) ௄૝үͻˊ
图 5 振动加速度信号时域波形
Fig. 5 Acceleration waveform

40 40
30 ฾តག1 30 ฾តག1
20 ฾តག2 20 ฾តག2
10 10
ࣨए/dB -10 0 ࣨए/dB -10 0

-20 -20
-30 -30
-40 -40
-50 -50
-60 -60
10 0 10 2 10 3 10 0 10 2 10 3
ᮠဋ/Hz ᮠဋ/Hz
(a) ద૝үͻˊ (b) ௄૝үͻˊ
图 6 振动加速度信号频域波形
Fig. 6 Acceleration frequency curve
在光纤安全预警系统中，威胁事件产生的外部 能量相比2 号加速度计要衰减 7 dB 左右，这主要是

扰动到光纤要经过光纤埋深的土壤土层进行传播。 振动向四周扩散导致的传播能量衰减；而在 100 Hz
因此，本文同时开展了土壤土层振动传播模型的 频率范围以上，1号加速度计能量相比2号加速度计
实验研究。实验中，采用两个相同型号加速度传感 的衰减随着频率的增高，衰减逐渐增大，这主要是土
器，1 号加速度传感器埋放在光纤附近，距地面埋深 壤土层高频能量吸收导致的。
2.5 m；2 号加速度传感器埋放在与 1 号传声器正上 由以上分析可知，不同土壤土层具有不同的振
方，距地面埋深 0.5 m，在 2 号传感器正上方进行振 动特性，土壤土层的等效劲度系数以及等效质量直
动激励。激励重复20次，利用自相关函数将20次激 接决定了土层的共振峰频率。由于土层等效劲度系
励信号进行时间对齐，计算频域信号并取平均，比 数较低，等效质量较大，共振峰频率集中在低频，因
较加速度传感器各个频带平均幅值的衰减如图7 所 此土层对振动信号的高频具有明显的衰减作用。在
示。图7中可以看出，两处加速度传感器振动信号共 光纤传感信号处理过程中也需要考虑此高频衰减
振峰频率一致，在共振峰频率附近 1 号加速度计的 产生的影响。