基于相位敏感光时域反射计的长距离入侵探测系统(英文)

根据受激布里渊散射(SBS)对相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)的监测距离的限制,分析了在使用不同灵敏度的光电探测器时φ-OTDR系统的监测距离,并根据SBS阈值随着光纤长度的增加而下降的特点,提出了一种新的光路结构以提升系统的监测距离。该光路结构采用环行器将敏感光纤分为多个部分,并对各部分的后向瑞利散射光分别进行探测,避免了各部分光纤产生的斯托克斯光相互叠加,从而提高了SBS阈值,进而实现了提升系统监测距离的目的。在实验室测试中,使用3个环行器将敏感光纤分为了3个部分并实现了66.92 km的监测距离。通过增加环行器的数量,系统的监测距离可以进一步提高。

一种融合Φ-OTDR和MZI的PCCP断丝监测系统

设计了一种融合相位敏感型光时域反射计(Φ-OTDR)和马赫-曾德尔干涉仪(MZI)的预应力钢筋混凝土管(PCCP)断丝监测系统。通过引入优化的IQ解调算法,减少了40%以上的数据运算量。实验结果证明该系统的单端测量距离不低于20 km,频率响应不低于20 kHz,空间定位误差在±2 m以内,具备长距离定位断丝故障和分辨振动事件特征频率的能力,为PCCP的全生命周期在线结构健康监测提供了一种可靠的技术手段。

基于Ф-OTDR的管道光纤预警系统应用统计分析

基于Ф-OTDR分布式光纤传感的管道光纤预警系统,利用同沟敷设的光缆作为分布式振动传感器,连续实时检测管道周围的振动信号进行提前预警与定位,通过长输油气管道测试与应用效果展示,系统具有较高的预警灵敏度、定位精度和有效预警准确率。结合应用实际,构建“技防+人防”管道安全防护体系。

基于时间序列奇异谱特征的Φ-OTDR扰动检测方法

相敏光时域反射系统异常灵敏,对环境中声波、空气流动及瞬时高频噪音等干扰源同时敏感,环境干扰与入侵非线性混叠时,实际入侵检测与识别困难,容易频繁误报.本文提出一种基于时间序列奇异谱特征的扰动检测方法,对每个滑动时间窗内空间各点的纵向时间序列信号进行相空间重构,对重构后的相空间状态矩阵进行奇异值分解得到信号能量的奇异谱分布,然后将奇异谱特征向量输入后向传播神经网络进行扰动事件检测.实验结果表明,该方法能够有效排除声波及瞬时高频噪音等干扰信号的影响,在微风等有干扰的环境下,在14km处正确检测率为90%,误警率低于2%.

基于EMD分解与1-D CNN算法的光纤振动信号的识别

为提高基于相敏光时域反射计(Φ-OTDR)的分布式光纤声传感系统(DAS)对入侵振动事件的识别准确率,提出一种基于经验模态分解(EMD)与一维卷积神经网络(1-D CNN)相结合的识别方式。该方式首先使用EMD将振动信号分解为m阶本征模函数(IMF),然后使用皮尔逊相关系数(PCC)判断出有效的IMF分量,将有效的IMF分量使用小波阈值去噪算法(WTD)进行去噪,对所有去噪后的IMF分量求和得到重构信号,最后使用1-D CNN对重构信号进行识别。实验证明该识别方式能快速完成对识别模型的训练,训练时间小于3 min,并且能有效识别在实际环境中采集的入侵振动信号,对入侵信号的识别准确率可达98.3%。

基于端点检测与信号重组的光纤分布式传感信号识别

为提高基于相敏光时域反射计的分布式光纤声传感系统对入侵振动事件的识别准确率,提出一种基于端点检测与信号重组的光纤振动信号识别方法。该方法首先使用基于EMD_PCC的去噪方式对信号进行去噪,然后对去噪后的信号进行端点检测,将检测到的振动信号进行振动信号的重组,并提出使用一个双输入多尺度卷积神经网络分别提取振动信号的时域特征与频域特征,最后使用支持向量机进行分类。实验证明该识别方法能快速完成对识别模型的训练,并且能有效识别在实际环境中采集的入侵振动信号,对入侵信号的识别准确率可达94.8%。

基于端点检测的光纤振动信号识别

利用光纤分布式传感系统对入侵事件进行识别主要难点在于对入侵事件的识别准确率低,为了提高对入侵事件的识别准确率,本文提出一种基于端点检测与信号重组的光纤振动信号的识别方法。该方法首先使用基于谱质心与短时能量的端点检测算法对振动信号的振动部分进行检测,然后将检测到的振动信号进行振动信号的重组,最后使用一个多尺度卷积神经网络结合随机森林树对重组后的信号进行识别。实验证明该识别方式能快速完成对识别模型的训练,并且能有效识别在实际环境中采集的入侵振动信号,对入侵信号的识别准确率可达97.4%。

分布定位式光纤振动传感系统的事件识别

本文提出了一种对分布式光纤声传感器的入侵事件分类方法。该方式采用小波包去噪方式对原始信号进行去噪;将去噪后的原始信号进行小波变换,得到原始信号的小波时频图;构建双输入型的卷积神经网络,将滤波后的原始一维信号直接输入到一个三层的1-D CNN中、滤波后得到的二维小波时频图直接输入到一个两层的2-D CNN中;将两种CNN输出的特征输入到支持向量机(SVM),使用SVM对事件进行分类。本文中主要识别3种振动事件:汽车通过、挖掘机挖掘和破路机工作。实验结果表明,所提方式对实际环境中3种振动事件的识别准确率平均可以达到96%,并且识别时间仅为0.61s。

便携式光纤断点定位振动监测设备的研制

为解决传统OTDR设备断点难以进行实际地理位置定位,以及Φ-OTDR设备笨重,不方便携带的且操作复杂的问题,研制出了一台初步达到工程应用的便携式光纤断点定位振动监测仪。阐述了光纤断点定位振动监测仪的工作原理和制作方法,对每个组成部分,包括软件和硬件都作了说明,阐述了研制该设备的系统先进性。通过对光纤样品的测量分析了该光纤断点定位振动监测仪的效果。

基于相干瑞利散射的分布式光纤声波传感技术

基于相干瑞利散射的分布式光纤声波传感(DAS)技术可以实时获取光纤沿线各位置的振动和声场信息,具有传感范围大、时空精度高等独特优势,近年来得到了多个领域研究学者的广泛关注。论述了DAS的基本传感机理,概述了相干衰落抑制、响应带宽与空间分辨率提升等关键科学技术问题的研究进展,介绍了DAS在安防、铁路等领域的应用进展,并针对DAS技术未来可能的发展方向进行了评述与展望。

基于相干后向瑞利散射的分布式光纤传感系统

采用一种改进的两级掺铒光纤放大器(EDFA)结构,构建了一套基于相干后向瑞利散射的分布式光纤传感入侵检测系统。首先通过OptiSystem软件从理论上仿真并得到了最佳的两段掺铒光纤(EDF)长度,然后依据相干后向瑞利散射信号的特点,提出了一种对信号进行分段处理的改进方法,解决了解调信号功率不均匀问题。针对光纤中散射体的随机性,建立了后向瑞利散射离散模型,采用蒙特卡罗方法对后向瑞利散射信号进行了数值模拟。实验表明,系统的定位精度达到15m,定位范围约为35km。本文系统有望广泛应用在输油管道、机场、监狱等重要场所的安全防范。

基于散射增强光纤的分布式声波传感研究进展

基于相位敏感光时域反射技术的分布式声波传感(DAS)系统可实现大范围分布式的声波探测,近年来,在油气勘探、地质成像、管道安全、周界安防等应用领域受到研究关注。本文论述了光纤DAS技术的传感原理,分析了单模光纤的衰落机理和性能瓶颈。针对此问题,分别介绍了多种散射增强光纤的增效机理与声波传感性能。进一步,围绕微结构散射增强光纤DAS系统,综述了其近年来的技术与应用进展,并展望了其未来可能的发展方向。