基于BOTDR分布式检测技术的光缆隐蔽性缺陷识别

提出基于布里渊光时域反射(Brillouin optic time domain reflectometer,BOTDR)分布式检测技术与解调信号的光缆隐蔽性缺陷识别方法,识别检测光缆隐蔽性缺陷。在生产阶段将光纤植入多股碳纤维导线复合芯内部作为传感器,依据BOTDR技术与光时域反射(optic time domain reflectometer,OTDR)技术原理,构建关于碳纤维导线光缆隐蔽性检测的分布式传感系统,利用光纤对温度、应力、传播损耗的高精度感知,多维度地分析碳纤维导线光缆的隐蔽性缺陷及位置分布,实现光缆的隐蔽性缺陷识别。利用morlet小波解调布里渊散射信号,提取包络信息,去除信号噪声,采用列文伯格-马夸尔特算法,拟合布里渊散射谱数据,精确估计最优Brillouin频移量参数,提升整体缺陷识别精度。实验证明:该方法可以准确地对光缆的隐蔽性缺陷进行表征,实现多股碳纤维导线光缆隐蔽性缺陷的快速、有效识别,促进碳纤维导线光缆更好地应用于增容、大跨越等工程中。

基于PSO-SVM的Φ-OTDR系统模式识别研究

针对相位敏感光时域反射仪(phase sensitive optical time domain reflectometer,Φ-OTDR)系统中误报率高的问题,提出一种多域特征提取与粒子群算法优化支持向量机(particle swarm optimization-support vector machine,PSO-SVM)相结合的模式识别算法。首先,对原始信号进行差分处理后提取时域特征,并利用小波包分解方法,通过验证不同分解层数下的事件分类准确率,设定最优分解层数为6层,提取差分信号的能量特征。然后以SVM分类器为基础,利用PSO算法优化SVM分类器参数,提高光纤振动信号识别准确率。最后利用Φ-OTDR事件数据集进行验证,实验结果表明,该模式识别算法达到了95.6%的振动事件分类准确率。

Φ-OTDR系统振动信号的聚类识别方法

分布式光纤声学传感(DAS)利用单模通信光纤即可实现大规模、低成本的传感阵列,针对基于相位敏感光时域反射(Φ-OTDR)技术的DAS系统产生的大量数据中有效信息稀缺的问题,提出了一种基于时域振幅特征提取和无监督聚类的方法,旨在探索无监督学习在DAS入侵事件识别中的应用。该方法通过计算相邻数据点差值、提取关键特征,并使用层次聚类对振动事件进行分类,相较于主流神经网络算法,需更少样本且无需手动标记。实验模拟了风噪声、人工敲击和挖掘三种振动事件,结果表明,该方法的V度量为0.721、剪影系数为0.778、聚类准确率可达88.68%,有效区分了入侵信号与噪声,并基本分辨出人工敲击与挖掘信号,证明聚类识别可应用于Φ-OTDR事件识别。

基于OTDR的集成监控管理系统的设计与实现分析

光时域反射仪(OTDR)是光纤测量中最主要的仪器,被广泛地应用于光纤光缆工程的测量、施工、维护和验收工作中,是光纤系统中使用频度最高的现场仪器,被人形象地称为光通信中的“万用表”。为了更好地解决传统OTDR价格相对昂贵、无法进行实时监测等弊端,明确提出了一种采用虚拟仪器技术设计的基于PC的OTDR新方案,采用PC-DAQ系统结构,由数据采集卡和数据处理方法两大部分组成,可实现光纤回传数据信号的实时采集、存储和解析,具有一定的工程实用价值。

基于PE-CEEMD-SVD的Φ-OTDR信号降噪方法

为实现相位敏感光时域反射仪中相位信号的精确测量,提出了一种基于排列熵算法的互补集合经验模态分解联合奇异值分解的新型降噪方法(PE-CEEMD-SVD)。首先,对含有噪声的相位信号进行CEEMD分解,得到一系列频率不同的IMF分量;然后,将PE算法和相关系数机制相结合,保留较大相关的有用分量,对较小相关的噪声分量使用SVD算法进行二次降噪;最后将两次降噪后保留下来的有用分量进行重构。仿真和实验结果表明,相较于EMD、EEMD和CEEMD降噪方法,该方法可获得更高信噪比的信号,有利于相位信号的精确测量。

基于OTDR的汽车动力电池温度解调与采集研究

加强动力电池安全管理技术研发已成为新能源汽车产业发展过程中的一个重要课题,文章采用基于光时域反射仪(OTDR)技术的测温原理对电池组单体电池进行分布式采集。对比单路解调法和双路解调法,得到采用双通道的双路解调法更适合动力电池温度的解调。搭建由波分复用模块、放大器模块、模数转换模块、温度显示及报警系统等组成的温度采集系统,对微弱的斯托克斯及反斯托克斯光进行采集,在Proteus8.9软件中搭建了测温系统的电路图并进行仿真测试,使用变阻器模拟信号源验证了系统温度显示和异常报警的功能。

φ-OTDR相位提取程序的设计

阐述相位敏感型光时域反射仪(φ-OTDR)利用光纤实现沿线振动的分布式测量,φ-OTDR通过光相位变化反映光纤沿线的振动状态,相位提取是φ-OTDR技术的关键。针对相位提取过程中的数字正交解调、振动定位和相位解卷绕的主要步骤,介绍程序设计的实现方法,并给出流程图。通过对数据的处理,验证实现方法的有效性。

小波域噪声估计的分块自适应降噪方法提升Φ-OTDR信噪比研究

相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)以激光器为探测光源进行光纤沿线振动信号的检测,但激光器的自发辐射现象会导致光场相位发生波动,直接影响相位解调信号的信噪比。针对此问题,提出了一种小波域噪声估计的分块自适应降噪方法。分析了激光器自发辐射导致的相位噪声特征,通过连续小波变换提取系统相位噪声在不同分解尺度下的噪声水平,结合无偏似然估计调整小波系数的分块长度和阈值,实现对不同输入信号的自适应降噪。实验证明,与未经本算法处理相比,在光纤4.5 km处,单频信号的信噪比从40.01 dB提升至54.60 dB,系统的应变分辨率从66.15 pε/√Hz优化至11.69 pε/√Hz;线性扫频信号的信噪比从18.31 dB提升至26.40 dB。与其他同领域的降噪算法相比,单频信号均方根误差低至0.0096,信噪比增益达到14.59 dB;线性扫频信号的均方根误差低至0.0809,信噪比增益达到8.09 dB。研究表明,该方法在保留有效信号的同时,抑制了相位噪声,提高了相位还原的精度。

基于短时傅里叶变换的光时域反射计(OTDR)事件分析

论文研究了基于单边指数窗的短时傅里叶变换(又称Gabor变换)的光时域反射计(OTDR)事件分析算法。在分析信号模型中噪声的产生原理的基础上,简化了事件检测算法。提出应用Gabor变换和二元信号检测理论对OTDR数据进行事件检测。该算法在保证准确检测事件信息的基础上,提高了OTDR远端事件检测的能力,提高了算法的速度和效率。对实测数据的处理表明,该算法可以有效定位光纤中的事件信息,具有较强的应用价值。

基于FPGA的Φ-OTDR系统数字正交解调方法

相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)通常利用相干探测的方式实现长距离、分布式、高灵敏度的振动检测。为了准确获取振动信号的位置与相位信息,正交解调算法是当下广泛使用的重要技术,但该算法存在耗时过长的局限。针对此问题,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的瑞利散射信号快速解调方案,采用流水线结构实现传感数据采集以及数据解调的同步,通过数字正交混频技术获取两路正交信号,利用有限冲激响应低通滤波去除高频分量,利用坐标旋转数字算法(CORDIC)向量模式实现振动相位硬件解调,可以较好地提升相干探测Φ-OTDR系统整体的实时性。实验结果表明,在探测距离40 km的条件下,传感系统可成功实现振动信号的定位与相位还原。而探测距离不变,数据采集条数提升至4 000条时,FPGA解调仅耗时1.60 s,与传统的上位机CPU解调方案相比缩短了145.61 s,从而为Φ-OTDR振动传感数据的实时解调提供了参考。

如何用OTDR准确查找故障点

重点分析了OTDR测试误差产生的原因,如何用OTDR准确查找故障点,并提出了减小误差的措施。

基于OTDR的光缆故障点精确定位方法

光缆维护时存在着故障点的位置定位不精确的问题,给光缆维护和抢修带来了困难。为解决这一问题提出了基于光时域反射仪(Optical Time Domain Reflectometer,OTDR)的光缆故障点精确定位方法。该方法结合了OTDR和偏振光时域反射技术(Polarization Optical Time Domain Reflectometry,POTDR),使用OTDR得到光缆故障点的光纤光学长度,利用POTDR分别获取光缆弯曲时和光缆恢复原状时的两组后向散射数据,用差值法和寻找斜率变化的方法对两组后向散射数据进行处理,可以确定光缆弯曲点的位置。结合光纤光学长度、弯曲点的位置及光缆余长系数,得出弯曲点与光缆故障点的距离,当弯曲点距离光缆故障点位置比较近时(小于200m),对光缆故障点的定位很精确。实验结果表明,该方法能够精确地定位光缆故障点位置,结构简单,操作方便且不损伤光缆。

自构建光纤链路的OTDR测试实验及教学实践

为了加深学生对光纤基础知识、光纤连接及测试基本理论的理解,提高学生的工程应用能力,浙江大学信息工程(光电)专业在"光通信及集成光电子技术模块实习"中设置了光纤链路测试实验,要求学生基于光纤、跳纤、尾纤、光纤端面处理工具、连接器、衰减器和熔接机等实验器材,通过机械对接、法兰及熔接方式自行构建光纤链路,并使用光时域反射计(optical time domain reflectometer,OTDR)进行测试,并对光纤端面质量、接续效果以及链路构建的合理性进行评估。2a来的教学实践表明,通过这种"基于任务,边做边学"的自主式、探究式实验,学生不仅能掌握OTDR的使用要点、光纤的端面处理及接续方法,而且学生发现问题和解答问题的能力也有所提高。

WDM与OTDR结合的弱光栅分布式温度传感网络

提出一种基于弱反射布拉格光栅的新型分布式温度传感网络,将WDM与OTDR相结合,采用WDM技术提高光栅的复用容量,利用OTDR对各个弱光栅进行实时检测,以实现光栅的密集串行复用,并提高空间分辨率。使用可调谐脉冲激光为光源,多组不同中心波长弱光栅等间距刻制在一根光纤上。利用一根光纤刻制的三组反射率为3%,中心波长分别为1544.660nm、1545.802nm和1546.900nm的9个FBG进行了温度实验。实验结果表明,在5～80℃的温度范围内,FBG的中心波长随温度变化呈良好的线性,线性度达到99.6%以上,温度测量的分辨率最高达到0.11℃,空间分辨率可达2m。

基于空间域差分的φ-OTDR光纤分布式扰动传感器定位方法研究

针对φ-OTDR光纤分布式扰动传感器偏振衰落导致漏报的问题,提出了一种基于空间域差分的定位方法。在不增加光路器件的情况下,在空间域对探测光强进行差分处理,与现有时域定位方法相结合,通过在时域和空间域分别设置报警阈值,可以有效抑制偏振衰落导致的漏报。对提出的定位方法进行了实验验证,在空间分辨率为50 m、光纤长度为25.05 km的条件下进行多次实验测试,与现有单一时域定位方法相比,漏报率从18.5%降低到2%,报警准确率从76%提高至89%。该研究工作可以为优化和提高φ-OTDR光纤分布式扰动传感器在实际应用中的技术性能提供理论指导和技术参考。

基于Φ-OTDR的光纤传感技术原理及其应用现状

相位敏感光时域反射技术(Φ-OTDR)由于其出色的综合性能而成为目前主流的分布式光纤振动监测方法之一。文章在介绍背向瑞利散射的基础上详细分析了Φ-OTDR系统的传感机理,并对Φ-OTDR系统的空间分辨率、动态范围和灵敏度等关键性能指标及其影响因素和提高方法进行了系统分析,为Φ-OTDR系统实际应用时参数的选择和性能优化提供参考。在此基础上,针对现阶段Φ-OTDR技术在海底电缆、周界防护等领域的应用进行了综述,指出了Φ-OTDR技术存在的一些不足,并对其发展前景进行了总结与展望。

基于SVM算法的φ-OTDR分布式光纤扰动传感系统模式识别研究

针对相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)分布式光纤扰动传感系统对扰动事件进行有效判别和识别的问题,提出一种基于支持向量机(SVM)的扰动判别和扰动模式识别的方法。通过提取信号时域和频域的平均值、方差、均方差以及信号功率特征,利用二叉树结构建立基于SVM算法的分类器,对扰动进行判别并对扰动模式进行识别。根据传感信号的特征,通过分类器I在对有无扰动信号进行判别的基础上,进一步对有扰动信号利用分类器对扰动事件的模式进行识别。通过实验对所提出的方法进行验证,对600组实验数据进行扰动判别和模式识别,正确的扰动判别率在96%以上,漏报率和误报率在4%以下;正确的模式识别率均在94%以上。

选择性平均的φ-OTDR分布式光纤扰动传感系统阈值算法

阈值的准确设定是有效降低φ-OTDR分布式光纤扰动传感系统误报和漏报率的关键。针对该问题,提出了一种基于选择性平均的φ-OTDR分布式光纤扰动传感系统阈值算法,采用相关差值预挑选的方式确定信号模板,进行阈值模板匹配。理论和实验研究表明:提出的选择性平均阈值算法,能够更有效设定阈值,提高信噪比,降低φ-OTDR分布式光纤扰动传感系统的误报和漏报率,与直接平均和移动平均阈值算法相比,所提出的选择性平均阈值算法将误报率分别降低了5%和3%,漏报率均降低了2%;信噪比分别提升了2.55 d B、1.1 d B。所提出的算法有助于提高φ-OTDR分布式光纤扰动传感系统在实际应用中可靠性。

基于OTDR的光纤在线监测系统实验研究

为克服便携式光时域反射仪 (OTDR) 不能在线测试、对运维人员要求高等的缺陷,针对卡式 OTDR光纤在线监测系统进行了实验研究。实验系统通过该测试卡采集数据,利用故障分析算法分析该卡传回的后向散射光功率轨迹图,智能地分析出光纤上存在的事件点,事件点位置和相应参数,与该光纤正常工作时的参考曲线相比较得出事件分析报告,从而实现光纤故障类型判断和故障定位。本实验方案对于光纤在线监测系统进行故障判断和定位具有一定参考意义。

基于OTDR的光纤参数自动测量系统

介绍了一个基于OTDR的光纤参数自动测量系统。利用计算机与OTDR通信控制OTDR工作状态,并获取光纤信息,采用LabWindows/CVI软件进行数据处理,得到被测光纤的特征参数,该系统操作简单,可用于大批量光纤质量检测,也可用于现场少量光纤故障检测、故障点定位等。