基于分布式光纤相位敏感信号分类的油气管道振动检测研究

针对穿跨越油气管道人工巡检困难的问题,文中采用分布式光纤实时监测管道状态,对振动信号进行分类,识别管道振动源。提出改进的秃鹰搜索算法和光纤振动信号特征提取方法,并基于神经网络对分布式光纤相位敏感信号进行分类和识别。实验结果显示,文中提出的Ct-GBES-BPNN分类模型具有良好的分类识别效果,可为保障穿跨越油气管道安全提供支撑。

基于Φ-OTDR分布式光纤振动传感技术及其在公路边坡落石监测中的应用研究

本文通过对Φ-OTDR分布式光纤振动传感技术进行分析,对高功率、高稳定性激光脉冲光源、高速数据采集分析技术、提高信噪比方法、不同振动信号的波形及数据库样本分析、传感光缆的铺设技术进行研究,同时对信号传输、现场告警,视频联动技术进行研究,提出一种基于Φ-OTDR分布式光纤振动传感技术的公路边坡落石监测系统架构,整个系统由五个部分组成:光纤传感振动监测子系统、视频监测子系统、现场通讯子系统、现场告警子系统及后端软件平台。落石监测系统最终应用于南投落石监测项目中,实时监测公路边坡落石情况,提醒来往车辆人员注意安全,并将落石告警信息和现场短视频传送给运维人员line/微信端,提高运维效率。通过一段时间的持续观察,落石监测准确率可达95%以上。

复合型分布式光纤振动侦听传感技术在长输油气管道的应用研究

随着我国社会经济的不断发展和进步,从而使得对于能源的需求也越来越大,特别是油气资源。在运输油气资源的过程当中,因为管道具有自身的一些优势,所以它成为了运输油气资源的一种非常重要的手段。但是在实际的运输中,因为很多人为因素和自然因素,经常都会发生管道泄漏的事故,这样对于环境的污染以及人们的生命财产都有非常严重的影响。文章主要针对复合型分布式光纤振动侦听传感技术在油气长输管道泄漏监测技术进行研究和分析。

基于知识图谱的分布式光纤振动传感技术现状与发展分析

分布式光纤振动传感技术是基于光时域反射(OTDR)技术的一种传感技术,而基于相位敏感型的光时域反射技术(Φ-OTDR)系统具有灵敏度高、抗腐蚀、抗电磁干扰等特性,而且Φ-OTDR系统定位精度高、成本较低、数据处理相对简单、监控距离长。因此,基于Φ-OTDR的分布式光纤振动传感技术愈发受欢迎,在边界安防、管道监测、结构健康监测、地震波勘探等领域与整合,将其转化为简单、清晰的“实体、关系、实体”的三元组,最后聚合大量知识,从而实现知识的快速响应与推理。

浅谈分布式光纤传感技术判断海底电缆的埋深状态

本文描述了分布式光纤系统如何评估长距离海底电缆的埋深状态和是否裸露。使用分布式温度传感技术(DTS)和分布式声音传感技术(DAS),以及机器学习探测海底电缆的埋深状态。目前分布式温度传感技术和分布式声音传感技术已经被广泛应用于海底电缆的永久监测,包括故障检测,外部声音扰动。使用DAS和DTS系统获得高质量的数据,通过特征处理可以训练神经网络来确定电缆的直埋状态。

分布式光纤声波传感微振动响应特征

分布式光纤声波传感技术(Distributed Acoustic Sensing, DAS)利用光纤中的瑞利散射来获取振动信息,具有高密度、低成本、可长时监测等优点,目前已经广泛应用于地震勘探领域.DAS系统可用于采集沿光纤轴向的应变或应变率,且DAS响应与地震波传播方向和偏振方向有关.本文推导获得了不同震源模型的应变辐射花样,并通过数值模拟获得了不同震源机制和不同布设条件下的分布式光纤微振动数据.理论合成算例结果表明,P波的应变辐射花样和速度辐射花样在各类震源机制条件下都具有较为相似的形态,而S波的两种辐射花样在某些震源机制条件下具有较为明显的形态差异.此外,包含DC(Double Couple,双力偶)成分震源的S波DAS响应记录与常规速度检波器记录相比,极性反转的位置具有较大差异.

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

该文利用分布式相干瑞利光纤传感系统,在西气东输一线无锡至苏州段开展现场测试,采集了光纤沿线车辆行走、机械挖掘、人工锄地、定向钻孔等8种振动作业产生的光纤信号,并提出了一种具有5层结构的全连接深度神经网络用于振动事件分类识别以实现不同振动作业的分级管理。振动作业产生的光纤信号能量集中在低频,该文利用梅尔对数频率的非均匀特性提取了25维单帧信号特征量,并将连续40帧信号特征量组合成高维向量作为网络输入特征向量,实现对不同振动作业时变特性的建模。分类识别结果表明,基于深度神经网络结构的振动信号分类识别器能够有效识别不同振动作业类型,实际线路实验验证了该文算法的有效性。

干涉型分布式光纤振动传感周界安防监测系统研究

针对长距离、大范围周界安防的需求,设计了复合干涉型分布式光纤振动传感周界安防系统。研究了光纤干涉方式实现振动传感的机理,为克服传统干涉结构两路传感光纤需等长且相互隔离的问题,提出采用Sagnac与Mach Zehnder复合光路结构,通过测量干涉光强的变化还原调制光信号中的振动信号,实现对入侵行为的感知。实验结果证明,本系统的频率响应范围在100 Hz~20 kHz,可良好还原外界振动信号,在20 km的测试距离内,可灵敏感知外界扰动。

基于分布式光纤的隧道环境振动监测系统

为防止城市轨道交通控制保护区内的各类施工作业对隧道结构安全造成影响,需要采用隧道环境振动监测系统对安全隐患进行及时预警。介绍了基于分布式光纤的隧道环境振动监测系统的感应原理和振动信号采集、分析方法。通过现场试验,研究分析在人为敲击、列车运行、地面车辆行驶、地面施工作业等工况下,基于分布式光纤的隧道环境振动监测系统采集的振动信号,对所采集振动信号的分析结果表明:基于分布式光纤的隧道环境振动监测系统对微振动事件具有比较高的检测灵敏度,通过对时域、频域及能量图等特征分析能够区分不同类型的振动信号,能够对隧道结构安全状态进行有效监测,达到提前预警的目的。

隧道分布式光纤感温探测器与双波长火焰探测器的技术比较分析

及时、准确的探测隧道内的火灾对隧道的安全运营,保护人身安全和财产安全至关重要,选择合理的火灾探测器是根本保证。通过对分布式光纤感温探测器与双波长火焰探测器的检测机理与触发条件、响应时间、空间布置、工作环境、施工维护难易度及部件可靠性安全性等方面论述隧道内选择双波长火焰探测器合理性。

基于分布式振动传感的车辆轴载感知方法

提出了基于分布式振动传感的车辆轴载感知方法。采用分布式光纤感知路面振动,建立光纤信号与路面振动位移映射关系及车辆轴载反演解析模型。利用足尺试验对所提车辆轴载反演解析模型进行拟合优度验证,并通过自然车辆称重试验验证所提车辆轴载感知算法有效性。结果表明:车辆轴载感知系统对单轴最大估计误差为0.98%,对车辆总重预估精度达到0.34%,且系统精度受车辆速度影响小,符合国家对于单轴2%、总重5%的精度标准。

分布式光纤振动传感技术及发展动态

从工程结构安全监测到输油管线的维护以及地震监测,振动传感器发挥着重要作用,可以实现以往需要大量人力物力和时间的监测。而分布式光纤振动传感器具有许多优于传统振动传感器的地方,应用前景广阔,近年来成为光纤传感领域的研究热点。本文主要介绍了分布式光纤振动传感器的实现方法与相关技术,并展望了分布式振动传感技术未来的发展方向和应用领域。

基于分布式振动光纤和压力传感技术的管道爆管预警方法

国内某调水工程的玻璃钢夹砂管(RPMP)出现多次爆管,为此开展了压力输水管道渗漏连续监测技术与爆管预警系统的研究。研究表明:采用基于-OTDR原理的分布式振动光纤监测系统和准分布式光纤光栅压力传感系统能够对埋地压力管道进行泄漏连续监测和泄漏点的定位,起到爆管预警作用。所得成果为压力管道爆管预警的研究提供参考。

一种低误报率的新型光纤分布式振动传感系统

针对目前φ-OTDR光纤分布式振动传感器由于散射光波光强不稳定造成误报率较高的问题,文中提出一种φ-OTDR和Mach-Zehnder干涉仪相结合的光纤分布式振动传感新系统,φ-OTDR和Mach-Zehnder干涉仪分别对外界振动进行探测,从而降低单一φ-OTDR探测的误报率。实验研究了φ-OTDR和提出的新的复合结构系统对外界振动探测的误报率,实验结果表明:在复杂环境下,与现有φ-OTDR方案相比,提出的基于φ-OTDR和M-Z干涉仪复合结构的方案可以有效降低系统的误报率,使系统的误报率由单一φ-OTDR的25%降至2%。

分布式光纤声波传感背景噪声近地表成像:在北京房山的应用

低成本、高可靠地获得人口密集地区的浅层地下结构,对地震安全性评估和地下空间开发具有非常重要的意义。分布式光纤振动/声波传感(Distributed Acoustic Sensing, DAS)是近年来发展较为迅速、传感机理不同于传统地震仪的新型观测技术,利用一条普通通信光缆和一个调制解调器就可以实现高密度、长距离的振动测量。我们在北京房山用一段460 m浅埋光纤记录的12个小时背景噪声,获得瑞利波相速度频散曲线,反演出地下浅层S波速度剖面,可以看到厚约15 m起伏较缓的低速土层,反演结果与传统的噪声H/V谱比法探测结果相似,但本文结果有更丰富的结构细节。认为利用DAS高分辨率近地表速度结构探测是可行的,如果能够利用已有的长距离地埋光缆资源,将为近地表低成本、高分辨率成像研究提供新的手段。

分布式光纤振动传感系统中数据采集及信号处理系统设计

本文主要介绍了一套分布式光纤振动传感系统中的数据采集及信号处理系统,该系统设计采用高性能的运算放大电路完成光电信号调理,以高精度差动模数转换器AD9246完成模数转换工作,并选用高性能FPGA作为核心逻辑控制器,并以低功耗的OMAP-L137作为CPU负责振动数据计算、网络通讯等工作,从而使该-OTDR分布式光纤振动传感系统测量范围扩展到25 km范围。本文通过计算相邻测点振动增量方法检测是否发生了振动入侵,提高了分布式光纤振动入侵检测的灵敏度。该设计方法提高分布式光纤振动传感系统的信噪比,使得该系统振动检测灵敏度提高、抗干扰能力增强,因此该分布式光纤振动传感系统可以用于实际工程的振动监控。

分布式光纤曲率模态传感器在薄结构振动测量中的研究

薄结构在工程实际中应用十分广泛。当受到外界激励和干扰时,薄结构易产生振动,不仅影响系统的稳定性,甚至危及财产和生命安全,所以进行深入的研究具有重要的理论意义和实用价值。传统的振动测量方法为应变传感器测量和加速度传感器测量。然而由于薄结构应变小以及多点式的分布式测量方法存在的弊端,使振动测量的精确度受到限制。因此基于结构的振动是多个振动模态按一定比例线性的叠加的理论基础,提出了一种新型传感器,分布式光纤曲率模态传感器用于薄结构的振动测量。

基于分布式光纤同井微振动监测数据的页岩气水平井压裂微地震震源位置成像

水力压裂是进行非常规油气资源开发的核心技术.微地震监测技术可以对水力压裂储层改造过程进行监测和评估,为安全高效压裂施工提供技术保障.近年来,分布式光纤声波传感(Fiber-optic Distributed Acoustic Sensing,DAS)技术开始应用于水力压裂人造裂缝监测,并展示出巨大的潜力.我们将光纤永置式布设于页岩气储层水平井套管外,同时在该监测井实施水力压裂,实现了基于水平井DAS的水力压裂过程同井微振动实时监测.同井监测时,监测井与压裂改造区距离较近,垂直于监测井方向的采集方位角较窄,导致基于扫描叠加原理的常规震源位置成像结果分辨率较差;此外,原始数据波形通常存在极性反转现象,对波形叠加成像的准确性有一定影响.本文提出了基于波形包络和混合成像条件的震源位置成像方法,可以有效提高微地震震源位置成像的精度.合成数据算例表明本文提出的新方法具有以下两点优势:①使用波形包络可以避免原始数据波形极性反转对成像准确性的影响;②使用混合成像条件可以压制成像假象,并提升震源位置成像分辨率.本文对昭通页岩气储层水力压裂人造裂缝监测的实际数据进行了分析,结果表明本文提出的新方法能够提高同井DAS监测微地震震源位置成像的空间分辨率和准确性.

基于分布式光纤振动传感器系统识别海底光电复合缆监测

随着科学技术的进步,海洋经济成了各国经济发展的关键发展项目。在此过程当中,海底光缆的应用十分广泛,在海上风电、岛屿开发以及石油平台等多种海上项目都需要海底光缆的应用。海底具有较地底更为复杂的环境,如何保证海底光缆安全运行,实时监测海底光缆动态,定位光缆故障点,成为亟须解决的问题。通过分布式光纤振动传感器,借助Φ-OTDR技术,设计海底光电复合缆的监测系统。最终借助时空谱图进行故障点与非故障点的信号变化表征,实现海底光缆故障点的实时监测与定位。

φ-OTDR全分布式光纤振动传感系统的车辆识别方法改进

相位敏感光时域反射计（φ-OTDR）全分布式光纤振动传感系统,在对车辆信号识别过程中所采用的幅度差分法存在着识别率低的问题。为了克服这一问题,将车辆识别方法改进为基于BP神经网络的识别算法。该算法首先利用φ-OTDR系统采集瑞利后向散射光信号,从中提取出车辆振动信号,然后通过主成分分析法（PCA）对振动信号进行降维和特征提取,最后利用BP神经网络模型对高速公路上的车辆进行识别。实验结果表明：利用BP神经网络算法对车辆进行识别,识别率可以达到98.33%。