基于分布式光纤声传感火车噪声属性的车型识别及运行规律

火车运行时产生强烈的移动噪声传播至地下空间,形成一种绿色环保、强能量的人工地震波.由于载荷系统形态基本固定,火车运行时间规律,震源重复性高,这种火车震源被广泛应用于轨道安全监测、近地表成像和城市地下空间探测等领域.分布式光纤声传感是一种新兴的地震采集技术,拥有密集采样、布设简单、抗电磁干扰能力强等优点,近年来在城市交通事件微震监测、裂隙探测和地下空间成像领域逐步应用.本研究基于分布式光纤声传感技术获得的秦皇岛试验场火车移动噪声数据,拾取了30个火车交通事件,开展火车噪声视速度、波形和频谱、能量时空变化的属性分析.结果表明:试验区光纤传感的火车噪声具有明显的属性差异,低速度重载荷的火车比高铁引起的地震振幅更大、能量更强,低速火车产生的噪声包含了丰富的低频信息;根据已知的视速度、振幅属性、时频属性,划分了4种类型的火车,并揭示了它们的进出站规律.本研究拓展了分布式光纤传感的应用场景,证明分布式光纤声传感有望应用于不同车型的通勤监测.

基于SOA光纤环形激光器的分布式声传感系统

为了降低传统分布式声学传感器(DAS)系统复杂度并提高信噪比(SNR),提出了一种基于半导体光放大器的光纤环形激光器(SOA-FRL)的DAS系统。该系统用SOA-FRL取代了传统的DAS系统中的窄线宽激光器和脉冲调制器,实现了高稳定的光脉冲输出;采用双脉冲外差探测方法,实现了精确的声信号探测和声源定位。实验结果表明:在频率为1 kHz、幅值为1.14 rad的声信号作用下,所提系统的解调SNR高达38.25 dB,空间分辨率为12 m。

分布式光纤温度传感信号小波去噪方法

在分布式光纤拉曼温度传感系统中,反斯托克斯光包含了温度信息,但其强度相对较弱,易受到噪声干扰。传统的信号去噪方法往往会滤除系统所具有的原始特征。针对这一问题,本文提出了改进的小波阈值方法,将3sigm准则与传统算法相结合。在该算法中,对信号进行小波分解,再对分解的各层小波系数进行阈值处理,使用3sigm值来区分有用信号和噪声,然后进行小波重构,实现信号去噪。在7 km长的多模光纤上进行温度测量实验,使用改进的算法对数据进行分析。结果表明,改进的方法处理后的温度波动平均为0.991℃,相较于传统算法得到的2.422℃,提高了1.431℃。与传统算法相比,3sigm准则算法提高了测温精度,并为阈值的选择提供了新的思路,使阈值的选择更具统计意义。

基于分布式光纤传感技术的风电叶片变形监测研究

为研究风电叶片在服役过程中的变形特性,采用分布式光纤传感技术,对叶片在静力试验中的应变场进行监测。试验结果表明,分布式光纤光栅(FBG)传感器能够有效测量风电叶片在静力试验中的各关键部位的应变信息,能承受大载荷下的高应变,测量结果与电阻应变片测量值基本吻合,验证光纤传感技术在风电叶片监测上的可靠性和有效性,为以后风电叶片的挂机在线监测提供可行方案。

基于多维参量分布式光纤传感的架空输电线路覆冰监测技术

对比总结了典型DOFS技术的基本原理与系统结构,对现有输电线路覆冰监测技术发展现状进行介绍。在此基础上提出了一种多维参量分布式光纤传感技术,能够实现对线路的应变、温度、振动、衰耗等状态参数进行分布式的实时监测。与现有的单参量、双参量传感监测方案相比,使用多维参量方案对线路进行融合感知,可以有效提高监测的准确度,降低误判率、误报率,为输电线路的安全稳定运行提供重要保障。

面向航天领域应用的分布式光纤传感技术研究(特邀)

基于光纤传感网络的测量技术具备多测点、快速测量、抗电磁干扰及本征安全等优势,在航空航天、电力和土木等领域有广泛的应用前景。回顾了航天领域光纤传感技术的应用进展,围绕飞行器应用的光纤传感关键技术,着重分析了光纤传感器设计与制备和分布式光纤调制解调技术,以集成高密度弱反射光纤光栅传感器的热防护材料为监测对象,搭建光频域反射系统,获取了单面加热情况下热防护材料毫米级空间分辨率温度分布信息,并给出了高空间分辨率分布式光纤传感系统在航天领域应用的发展建议。

基于U型光纤中瑞利散射光谱探测的分布式折射率传感技术研究(特邀)

折射率是材料的重要参数,对于折射率的检测和测量,已广泛应用在化学分析、环境保护和医疗卫生等诸多领域。其中,弯曲(U型)光纤是实现折射率传感的最简单结构,利用光纤的U型弯曲损耗可以受到弯曲光纤外部环境影响的基本原理,结合普通单模光纤高柔韧性不易折断等优点,提出了一种基于U型光纤中瑞利散射光谱探测的高灵敏度、结构简单和价格低廉的分布式折射率传感方案。当弯曲直径为0.7 cm时,在1.333 0~1.377 3的折射率测量范围内,其灵敏度达到42.57 nm/RIU的最佳值,并呈现良好的线性传感响应,使得医用等一次性廉价折射率传感探头的使用和普及成为可能。

基于分布式光纤传感技术的碳纤维复合芯导线缺陷识别方法

研究基于分布式光纤传感技术的碳纤维复合芯导线缺陷识别方法,有效采集导线应变信息,提升导线缺陷识别效果。创新性地根据偏振光时域反射原理,利用分布式光纤传感技术采集碳纤维复合芯导线应变信息;通过经验小波变换提取应变信息特征;利用自适应t分布改进的麻雀搜索算法,优化径向基神经网络权值,确定最佳径向基神经网络结构;按照邻近原则聚类应变信息特征,输出导线缺陷识别结果。实验证明:有无扰动时,该方法均可有效采集碳纤维复合芯导线应变信息,抗干扰效果较优;该方法可有效提取并聚类应变信息特征,精准识别导线缺陷。

基于BP神经网络的长距离分布式光纤传感高空间分辨率定位算法

为解决基于数字编码移相-积分测距系统中,因发送序列与本地序列之间的真实相位差非1 bit码长的整数倍而影响测量结果准确性这一问题,文中提出一种基于BP神经网络长距离分布式光纤传感高空间分辨率定位算法。该算法根据BP神经网络判断1 bit内细分程度并与传统算法相结合实现动态测距。实验结果表明,基于BP神经网络长距离分布式光纤传感高空间分辨率定位算法的长距离定位精度平均相对误差从0.23降低到0.035,弥补了空间分辨率与准确率受数字码本身局限性的问题,为大规模基础设施的长距离、高精度实时监测提供了可能。

基于分布式光纤声波传感的光缆状态监测研究

针对目前分布式光纤声波传感技术监测光缆灵敏度低的问题,提出了一种基于优化分布式光纤声波传感的光缆状态监测模型。首先通过理论分析了不同结构电缆的灵敏度,从而在理论层面分析影响灵敏度因素。其次基于优化分布式光纤声波传感测试不同传感电缆的灵敏度。实验结果表明,直径越小、杨氏模量越小的光缆可以有效提高灵敏度。结果与理论结果一致,表明所提方案对电缆状态监测的发展具有一定借鉴作用。

基于分布式光纤传感技术的道路监测系统

公路的实时状态监测事关人民群众的生命安全。文章采用点(星链无人机)线(光纤)结合的思路,使用分布式光纤传感线性阵列实时监测公路全线,一旦检测到有滑坡、路面塌陷等异常情况发生,立即用光纤实时上传给后台系统,后台系统会自动分析并报警,同时提供报警地点的坐标位置。然后,针对具体报警地点,后台系统会派出星链无人机优先对高报警等级的报警点进行现场低空超清视频拍摄,并使用卫星宽带网络进行超清视频的实时回传。

分布式光纤传感支持下的变压器绕组变形检测方法分析

针对变压器绕组变形检测仅能实现离线检测,无法准确定位变形故障的弊端,本文在分布式光纤传感支持下,提出一种分布式光纤传感监测系统,用于检测变压器绕组变形故障,并分析其基于时分复用技术的变形检测算法。经实验验证,本次所提出的分布式光纤传感监测系统,可准确实现绕组变形故障的检测、定位,极大地提高了绕组变形监测的准确性,具有一定的实践应用价值。

水电站混凝土面板堆石坝分布式光纤传感技术变形监测研究

水电站混凝土面板堆石坝的安全性和稳定性对于下游人民的生命和财产安全至关重要。为保障大坝的建设和运行安全,本文提出分布式光纤传感技术的水电站混凝土面板堆石坝变形监测方法,首先布设与安装分布式光纤监测传感器,获得光纤长度方向上被测参数的连续分布;其次构建出混凝土面板堆石坝有限元模型,反映连续介质的剪切滑移、分离等多种变形特点;最后计算水电站坝体内部沉降等的变形数据。结果表明:该方法对坝体的变形进行监测后得到的结果与试验设定的变形数值误差较小,而测量机器人对大坝表面变形自动化监测的方法误差较大,其最大误差为3.87 mm,与本文使用的方法相比,误差多了3.52 mm,证明分布式光纤传感技术在水电站混凝土面板堆石坝变形监测方面具有较高的可行性。

分布式光纤传感技术及其应用研究

分布式光纤传感技术作为一种新兴的传感技术,利用光纤作为传感介质,通过对光纤中传输光的光学特性的解调可在长距离的光纤沿线对探测特征量进行连续的分布式解调。文章主要研究了基于受激拉曼散射原理的分布式光纤温度传感仪和基于光学相位相干解调的分布式光纤振动传感仪的基本原理及不同实现技术的优缺点,对其在各领域的应用作了探讨。

基于分布式光纤传感的架空输电线路覆冰监测技术研究

文章针对输电线路覆冰监测的技术需求,提出一种基于分布式光纤传感的创新解决方案。通过布拉格光栅和布里渊散射光纤的互补配置,实现了覆冰过程的高精度、大范围分布式监测。同时,采用自适应权重支持向量机(Support Vector Machine,SVM)和长短期记忆网络(Long Short Term Memory,LSTM)模型,构建覆冰事件的智能识别和预测功能。仿真结果表明,该系统在测量精度、响应速度、空间分辨率等方面具有显著优势,为输电线路的安全运维提供了有力支撑。

基于ROTDR分布式光纤传感的机房温度监测系统设计

机房服务器持续在密闭、狭窄、无人的工作环境下运行,伴随着设备升温及散热条件等限制,容易造成温度过高出现故障、烧坏,甚至起火引发事故。目前,传统的机房温度监测方法限于电学方法、红外热成像探测法、光纤光栅测量法,较少涉及高精度、连续性测量方式。笔者采用在服务器机体表面引入光纤的方案,设计并搭建用于机房测温的ROTDR分布式光纤传感系统,实现集成化直接测量。该系统具有精度高、稳定性强和响应时间快的优点,为机房温度安全监测和故障预警提供了可靠的理论依据。

分布式光纤传感技术在高面板堆石坝内部变形监测中的应用

面板堆石坝内部变形监测是评价其变形稳定和安全的重要指标,针对传统监测技术在高面板堆石坝内部变形监测方面的不足,提出了一种基于分布式光纤传感技术的高面板堆石坝内部变形监测方法,在200m级高面板堆石坝中开展应用研究。对比研究了3种光纤布设方式(分别安装于45a型工字钢、6分镀锌钢管和保护沙层中)测量水平位移的可行性,3种布设方式实测结果最大平均差值均小于1.0mm,说明3种方式测量一致性较好。结合数值计算和传统水管式沉降计测量结果,基于分布式光纤传感技术的坝体内部变形结果与数值计算结果基本吻合,且沉降监测结果与水管式沉降计测得量值的平均误差小于10mm,表明本技术可以满足高面板堆石坝内部变形监测需要,验证了基于分布式传感光纤技术在坝体内部变形监测应用的合理性和可行性。

水力压裂分布式光纤传感联合监测技术研究进展

水力压裂分布式光纤传感监测技术已成为非常规储层开发的重要技术之一,为使业界进一步明确和了解不同类型传感技术的物理机理、技术特性和理论模型,促进该技术更加快速有效地推广和应用,本文针对分布式温度传感(DTS)、分布式声波传感(DAS)和基于瑞利频移的分布式应变传感(DSS-RFS)3种技术在水力压裂监测中的应用情况,从不同传感技术的物理机理和主流安装方式出发,系统地总结分析了各类传感技术现场应用的典型案例和技术特点,以及对应的监测解释理论模型的研究现状。最后结合水力压裂监测矿场实验的最新实例,总结了未来开展水力压裂分布式光纤联合监测的技术思路。研究结果表明:(1)水力压裂分布式光纤传感联合监测技术能够在压裂工艺设计、裂缝扩展反演、邻井干扰监测和压后效果评价等诸多方面提供重要的实时数据和解释结果,不同类型传感器所对应的理论模型有不同程度的发展;(2) DTS本井温度监测是水力压裂光纤监测和评价的重要组成部分同时具有一定程度的多解性,DAS邻井应变率监测和DSS-RFS本井应变监测能够直接反馈裂缝扩展和裂缝演化过程中的相关应变,今后将成为水力压裂裂缝评价的重点发展领域;(3)分布式光纤传感技术在未来的有效应用除了需要发展更加准确高效的机理模型外,同时也有赖于大数据处理和深度学习算法与之高度融合,从而实现监测过程的数据筛选、模式识别和关键参数的快速反演。结论认为,科学有效地设计和采用多种分布式光纤传感对水力压裂过程和压后生产过程进行联合监测和数据分析解释,可在很大程度上实现压裂液/支撑剂分布、暂堵转向、级间干扰、压裂冲击和裂缝形态的解释分析,以及压后生产剖面反演和裂缝有效性分析,为分布式光纤传感技术在我国非常规资源开发中的应用提供了技术参考。

基于分布式光纤传感技术的二维变形监测试验研究

科学合理的岩土体变形监测是岩土工程稳定性和安全性评价的重要指标,充分发挥分布式传感光纤测量技术特点,基于特殊设计的光纤变形试验装置,提出了一种基于分布式光纤传感技术的二维变形监测方法,开展了5类水平位移与沉降调节工况的传感光纤室内二维变形试验与2组堆石坝工程内部变形实测数据的模拟验证。研究结果表明5类试验工况下40组试验测得其水平位移和沉降绝对误差均小于1 mm,该二维变形监测方法的变形监测性能优越。基于200 m级坝高堆石坝实测水平位移、沉降数据开展的室内模拟试验,试验结果在曲线形式及量值上均与实测结果吻合度均较高,406 m长的测量断面以测点间距为3.3 m的准分布式监测,测点沉降测量误差为cm级,水平位移测量误差mm级;说明基于分布式传感光纤技术的二维变形监测方法,可满足岩土体变形监测需要,具备良好的应用前景。

分布式光纤测试系统集成及其在结构智能感知中的应用研究

分布式光纤传感技术具备长距离、抗干扰、性价比高等特性,能满足土木结构应变测量精度要求,较好地适用于交通公路行业数字化创新结构智能感知领域。集成开发分布式光纤多通道自动化测试系统及配套数据分析模块可以扩展结构感知范围,并感知多空间维度结构应变及温度分布情况。通过研究其在型钢组合梁负弯矩区抗裂性能试验中的应用效果,验证其能够捕获混凝土表观裂缝及混凝土内部应变分布规律,在大面积混凝土内部温度监测中也能够准确反映混凝土内部温度场分布。实验结果表明,该技术具备广阔的工程应用前景。