光纤振动传感系统相位调制模块的嵌入式设计

针对光纤振动传感系统测试与标定环节缺乏便携式振动信号驱动装置的问题,设计了一款基于FreeRTOS和STemWin嵌入式系统的压电陶瓷相位调制模块.该模块使用STM32嵌入式微控制器,结合H桥功率驱动对信号进行功率放大.利用FreeRTOS嵌入式操作系统进行多任务功能部件开发,并设计了STemWin人机交互界面.随后搭建分布式光纤振动传感系统对嵌入式相位调制模块进行测试,结果表明该模块可实现驱动信号频率、占空比、输出极性和电压的调节,并可在总长为11.769km的传感光纤上对冲击信号进行实时采集,且振动信号定位误差在41m以内,从而可满足各类光纤振动传感系统在长距离不同位置处进行振动测试与标定的需求.     

叶尖定时旋转叶片振动测量新技术

设计了一套基于叶尖定时传感的旋转叶片振动测量系统.系统主要由光电传感系统、振动信号采集与预处理系统、叶片振动数据处理系统3部分组成.叶尖定时传感器采用单根光纤发射、多光纤接收的Y型结构,并用高性能专用集成芯片完成弱光信号的放大检测,使传感器信噪比大于500,信号带宽大于50 MHz.设计了基于PCI总线,并融合CPLD和DSP技术的高速叶尖定时信号实时采集与处理板卡;建立了同步共振条件下叶片振动的数据处理模型,实现了叶片振动的实时监测.     

超高速瞬态信号的数据采集与平均处理系统F50B—ALU2

信号的同步采集与平均处理是微弱信号检测的一种有效方法，本文介绍了一种用于分布式光纤温度传感系统中的关键部件Ｆ５０Ｂ－ＡＬＵ２超高速瞬态信号的采集与平均处理系统的软硬件设计原理，系统性能，以及软硬件平均性能对照。     

基于光纤传感的车辆行驶信息采集系统

根据光纤法珀干涉原理,结合分布式光纤传感(DFOS)的原理及特点,提出的一种新型的基于光纤传感的车辆行驶信息采集系统。相比压电薄膜传感器方法,分布式光纤传感方法具有响应速度快,灵敏度高的特点,由于光纤具有很低的信号传输损耗,传感信号可以传输得很远。分布式光纤传感交通车辆信息检测系统易于和光纤通信网络融合,可实现大范围的信息集成统计。     

基于相位生成载波的全光纤传感器定位研究

分布式光纤传感系统可应用于长距离、强电磁干扰环境下的监测.提出了一种用相位调制器进行外调制来提高分布式光纤传感器定位精度的方法.构造基于迈克尔逊干涉仪的全光纤振动传感器系统,并在反射端加相位调制器进行调制,使经过反射端反射的光干涉后的信号处于高频段,而未经反射端反射的光干涉后的信号处于低频段.通过高通滤波和相位解调,获得与外界扰动呈正比的信号,用这一信号进行定位,可以消除因为光纤中的瑞利散射等产生的回光干涉信号的频谱叠加,提高定位精度.该方法结构简单,易实现,通过理论分析和实验证明:采用该方法可以有效提高系统的定位精度.     

光纤测温系统在黑岱沟选煤厂的应用

分布式光纤感温技术是近年来发展起来的一种实时、在线、多点的温度传感技术,可用于实时测量温度场。在分布式光纤温度传感系统中,光纤既是传感器又是信号传输通道,系统利用光纤所处空间温度场对光纤中的向后散射光信号进行调研,再经过信号调解、采集和处理将温度信息实时显示出来。在时间上,利用光纤中光波的传输速度和后向光回波的时间差,结合otdr技术对所测温度点进行准确定位。分布式光纤感温系统中的检测光纤不带电、抗射频和电磁干扰,防燃、防爆、抗腐蚀、耐高压和强电磁场、耐电离辐射,能在有害环境中安全运行,应用于选煤厂火灾自动报警系统。     

基于Φ-OTDR的煤层气管线外界入侵振动检测系统

为实现长距离煤层气管线外界入侵振动检测,采用基于相位敏感型光时域反射原理(Φ-OTDR)的分布式光纤振动传感系统,融合FPGA与USB2.0技术开展传感数据的实时采集与高速传输,并通过时间-空间二维分析来获得振动信号典型特征,进而实现煤层气输送管道危险源的实时检测。实验结果表明,本系统可借助差分信号波峰位置实现精确定位,系统的频率响应范围是可覆盖入侵振动特征频率的1 Hz～3 k Hz,且在4 km和9 km光纤位置处的定位误差均可保持在20 m范围以内,因此本系统可有效检测到输送管道外界入侵振动。     

基于分布式光纤振动传感技术的地下管廊入侵监测系统

针对目前地下综合管廊的安全防控需求，设计研制了一种基于分布式光纤振动传感技术的地下管廊入侵监测系统。系统采用分布式光纤马赫曾德尔-萨格纳克混合干涉结构，结合振动传递装置将井盖开关行为转化成对光缆的振动冲击，再利用一维卷积神经网络算法对振动冲击信号做模式识别，通过监测井盖开关实现对地下管廊人为入侵行为的监测。对所设计的系统进行实地测试，采集1573组扰动数据进行模式识别，模式识别正确率在99%以上，识别实时性高，表明该系统能够满足地下综合管廊实际应用的需求，有利于拓展光纤传感技术在地下管廊领域的应用。     

基于分布式光纤传感的水下输气管道泄漏检测与定位分析

介绍了一种基于Sagnac/Mach-Zehnder混合干涉仪原理的分布式光纤传感水下输气管道泄漏检测及定位系统。在强干扰微小泄漏情况下,通过分布式光纤传感器获取由管道泄漏引起的光干涉信号,采用小波包方法对信号进行多层分解,提取小波包能量特征,用欧式距离法对管道泄漏与否进行聚类分析;对泄漏系统利用零点频率进行精确定位,并将基于零点频率的传统检测定位、经小波去噪和最小二乘曲线拟合处理后的检测定位及本文提出的检测定位三种方法进行对比分析,统计了系统虚警率（FAR）。实验结果表明,该系统能准确识别管道泄漏,本文提出的泄漏检测定位法虚警率最低,与经小波去噪和最小二乘曲线拟合处理后的检测定位法相比,虚警率降低了6.6%,提高了系统泄漏检测定位的可靠性。     

基于相干检测的偏振光时域反射光纤振动传感系统

提出将相干检测技术和偏振光时域反射技术POTDR(Polarization Optical Time Domain Reflectometry)相结合,利用相干检测技术的高探测灵敏度和偏振光时域反射技术中偏振态对外界环境敏感的特点,实现光纤分布式传感,测量微弱振动信号并实现定位功能.首先分别介绍了相干检测技术及其与POTDR相结合的相关原理,分析可行性,然后提出实验测试方案并搭建了测试系统.实验结果表明,基于相干检测技术的POTDR传感系统能成功地实现振动信号的探测和振动点的定位功能,这对于光纤分布式传感系统的进一步发展具有重要意义.     

光纤分布式扰动传感器信号检测系统研究

设计了一种以FPGA作为数据处理核心,基于相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)的光纤分布式扰动传感器信号检测系统。该系统具有数据采集、处理、存储、通信以及液晶显示功能。扰动信号检测算法采用多周期等距累加相减法。通过阈值判定实现扰动信号的判别,并可以同时显示传感光纤长度范围内不同位置的扰动。实验证明,该系统内部数字处理部分可以实现信号检测算法以及扰动阈值判定功能。     

分布式光纤振动传感系统大传感数据流时间周期压缩与传送技术

针对分布式光纤振动传感系统的大传感数据流,提出一种时间周期压缩与传送技术,采用扰动脉冲特征值提取模块对扰动脉冲特征值进行同步提取,并将无关数据剔除,大大压缩了数据量;同时为了便于数据区分,采用复用的方法对特征值进行编码与成帧.实验结果表明,本文提出的数据压缩与传送方法能够有效的获取外界扰动事件的位置和强度信息,且当同一时间仅有一处扰动事件发生的情况下,本文的数据压缩率仅为0.96‰.相比于传统的数据传送方法,本文大大减少了传输的数据量,减轻了通信接口和上位机软件的负担,系统的传感灵敏度和响应速度都得到显著提高.     

基于模拟信息转换器的物联网海量数据处理研究

针对大规模物联网应用的海量数据处理信息获取效率低、硬件成本昂贵的问题, 依据压缩感知(compressed sensing, CS)理论, 建立了一种模拟信息转换器(analog to information converter, AIC)数据处理系统模型。模型以MATLAB/Simulink为平台, 分别设计了信号的解调、过滤、采样、重构等功能模块, 并对不同频率分量的信号进行处理。实验结果表明, 该模型可以较低采样率、高压缩比精确重构稀疏信号, 重构效率与观测数M、抽取行数K以及信号频率分量相关。     

基于反馈环全光纤干涉的定位系统

提出了一种用于长距离定位监测的新型传感系统。该系统在全光纤干涉系统中构建反馈环,首次采用单芯光纤作为传感光纤,结合快速傅里叶变换和小波变换对信号进行处理,实现了对随机扰动源的监测定位。实验获得了清晰的频谱图像,系统定位的相对误差小于0.08%,可实现定位监测功能。     

分布式光纤振动传感系统的多级零频点定位研究

为了减少直线结构Sagnac分布式光纤传感系统的定位误差,提出一种多级零频点的优化方法,通过分析直线结构Sagnac分布式光纤传感定位原理,确定固定的采样速率下离散化是造成定位误差大的原因.并分析得出振动信号频域曲线会周期出现多个零频点,进而对振动定位的多级零频点优化方法进行了理论推导,阐明高倍零频点下的定位误差会有效减小.通过实验验证表明,在总长为11.769 km的传感光纤上,优化后的定位方法在不改变采样速率下可保证定位误差提升到±20 m范围内,可以基本满足系统对外界振动信号进行精确定位的要求.     

数字图像声纳的数据采集与处理系统

对新型数字图像声纳系统中的高速多通道数据采集与信号处理部分的硬件设计和工作原理进行了论述。简述了数字成像声纳的工作原理．并提出了与成像声纳工作方式相适应的数据采集、缓存、传输和处理方案。详细讨论了多通道并行数据采集、缓存的机制．以及利用光纤进行远距离高速数据传输的实现方法和基于TMS320C6701的高速数字信号处理机的硬件设计和任务分配方法。     

基于大数据分析的低频电磁信号光纤传感检测装置设计

为了提高低频电磁信号光纤传感检测能力,提出一种基于大数据分析的低频电磁信号光纤传感检测装置,采用光纤传感器进行低频电磁信号采集,构建低频电磁信号的时频特征分析模型,提取光纤传感检测的低频电磁信号谱特征量,采用大数据融合方法进行光纤传感检测的低频电磁信号谱特征融合,构建光纤传感检测的低频电磁信号时频分解模型,采用快速分数阶傅里叶变换实现低频电磁信号光纤传感检测和噪声分离,结合盲源检测结果,提高对低频电磁信号的光纤传感检测能力。仿真结果表明,采用该方法进行低频电磁信号光纤传感检测的准确性较高,联合感知能力较强,信号的主瓣展宽较高,说明检测的抗干扰性较好。     

光纤传感技术在物联网中的应用

现如今,物联网已经发展成为了一个研究热点,而光纤传感技术在物联网的发展中也得到了广泛的应用,并引起了广泛的关注。物联网的核心部件为传感器,特别是光纤传感器,它和其它的类型的传感器所不具有的优势,而物联网主要有四个技术构层,它们是应用接口、数据处理技术、数据传输网络和传输网络,在物联网中我们将会看到有大量的各种各样的传感器的存在,这些传感器可以用来感知不同的环境参数,比如温度、重力、光电、声音、震动和位移,这些传感器为物联网提供最原始的数据信息。当前,光纤传感技术在物联网中的应用引起社会各界的高度关注。本文主要对物联网的界定、构成以及光纤传感器的原理和发展现状进行了深入的探讨和分析,并且重点是对光纤传感技术在物联网中的应用加以详细阐述。希望可以通过本文的论述,能够对今后光纤传感技术在物联网中的应用产生一些积极影响。     

基于嵌入式以太网接口的数据采集处理系统

为满足生产及科研中对数据采集网络化的要求,文中介绍了一种采用SOC高性能单片机和嵌入式以太网接口的数据采集处理系统。从硬软件两方面阐述了数据采集系统、数据处理系统和嵌入式以太网接口的设计和实现;对系统的数据采集处理、数据传输的可靠性和速率进行了测试。测试表明系统整体性能满足实际应用的要求。