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（-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-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-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-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 dB、1.1 dB。所提出的算法有助于提高-OTDR分布式光纤扰动传感系统在实际应用中可靠性。     

φ-OTDR的分布式光纤扰动传感系统光源参数影响

基于-OTDR 的分布式光纤扰动传感系统利用一根传感光纤可实现长距离的入侵实时监测。光源作为该系统的关键器件之一,其参数直接影响到系统的监测距离和定位精度等性能指标。文中针对光源参数对系统性能的影响做了理论分析和实验研究。理论分析和仿真表明:增加光源功率、提高脉冲宽度和提高调制周期可提高监测距离;减小脉冲宽度可提高定位精度。在上述分析的基础上,提出了针对不同监测距离的光源参数优选方案,并通过实验验证了理论分析的正确性。     

基于Φ-OTDR的分布式光纤扰动传感系统研究现状

基于相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)的分布式光纤扰动传感系统一直是扰动监测方面的研究热点。通过对比与传统光时域反射计(OTDR)的区别,介绍了Φ-OTDR传感系统的结构和工作原理。根据其发展动态,以提高传感距离和定位精度为目的,从Φ-OTDR系统结构的改进出发,分别论述了传统式、拉曼式、布里渊式和级联式四种典型的Φ-OTDR扰动传感系统的工作原理及研究现状,总结了各自的优缺点,为在实际应用中选择合适的系统结构提供了方向,最后展望了基于Φ-OTDR的分布式光纤扰动传感系统的应用前景。     

Φ-OTDR分布式光纤传感系统的关键技术研究

提出了一种基于Φ-OTDR(相位敏感光时域反射计)技术的Φ-OTDR分布式光纤振动传感技术,该技术能够方便地进行入侵定位。介绍了Φ-OTDR分布式光纤振动传感系统的传感机理,论述了光纤传感采集系统的硬件和软件设计。试验结果表明,该系统可对通信光缆不同位置的入侵事件自动识别预警,显示险情位置,测量距离大于60km,定位精度10m。     

基于布里渊效应的连续分布式光纤传感技术

基于布里渊效应的光纤传感(BEOFS)技术具有长距离、高精度、连续分布式、多参量传感的独特优点,在介绍BEOFS技术的原理、发展现状以及重要应用领域的基础上,对实现长距离、高精度、快速分布式布里渊光纤传感的关键技术进行研究和探讨,给出了提高系统传感速度的方案.     

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。     

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-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-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 。     

M-Z干涉仪型光纤分布式扰动传感系统模式识别方法

针对M-Z干涉仪型光纤分布式扰动传感系统输出信号短时频率随外界扰动变化的特征,提出了基于短时频率-时间特性的模式识别算法。采用提取短时过电平率来描述传感信号的短时平均频率-时间特性,并将提取出来的时频特性分段后建立相应的特征元素模型,通过动态规划算法（DTW）筛选出最优特征元素模型,将信号所有最优模型的参数作为信号特征输入到人工神经网络（ANN）进行学习和判决,降低了ANN的训练难度以及对时间的敏感性,提高了系统的环境适应能力。实验结果表明:该方法可以有效区分瞬时作用、长时作用、径向作用和不规则作用等多种不同扰动事件,平均识别速度在0.26 s之内,平均识别准确度在97%以上。     

高压电缆用分布式光纤传感检测系统

电力电缆线路运行时的温度和应变在线检测是保障电力系统安全与稳定的必要措施。介绍了用于高压电缆在线监控的分布式光纤传感检测系统方案。详细阐述了检测系统中测量设备的选择,研究了适用于电力系统复杂环境中的温度和应变测量的新型传感光纤——碳密封涂覆光纤,并对这种传感光纤的安装方式进行了探讨。分布式光纤传感检测系统将在高压输电电缆系统的在线检测方面有很大的应用前景。     

φ-OTDR振动传感系统中的相位模糊问题

针对-OTDR振动传感系统中的相位模糊问题,推导了背向瑞利散射光功率与干涉光场相位差、干涉光场相位差与光纤应变的关系式,分析了相位模糊现象的发生原因及表现形式,研究了相位模糊对传感系统性能的影响及系统最大可检测应变与空间分辨率的关系,并进行了仿真验证。结果表明:相位模糊是限制系统应变测量范围的主要因素,它会引起振动频率的误判和振动幅度的测量错误,还可能导致大应变信息的漏报;系统空间分辨率越高,应变测量范围越大,说明-OTDR振动传感系统适用于高空间分辨率振动的测量。研究结果为-OTDR振动传感系统参数设计和系统优化提供了理论参考。     

激光器频率漂移对相位敏感光时域反射计性能影响研究

针对激光器频率漂移对相位敏感光时域反射计(-OTDR)的性能影响,文中采用后向瑞利散射的一维脉冲响应模型对其进行了理论分析。在实验室测试中,搭建了臂长差为100 m 的非平衡MZ干涉仪来实时监测激光器的频率漂移;并通过测试三种不同频率漂移的激光器下的 -OTDR 系统性能验证了理论分析的正确性。理论分析及实验结果表明,激光器的频率漂移是引起 -OTDR 曲线波动的重要因素,频率漂移越大,其引起的 -OTDR 曲线波动就越大;当频率漂移高达几百MHz/min时,在时域上已难以区分出是频率漂移引起的扰动还是入侵事件引起的扰动,但仍能在频域中将频率漂移噪声分辨出来。     

小芯径多模光纤拉曼分布式温度传感器

设计并制作了一种用于拉曼分布式温度传感的具有大有效模场面积和低模式色散的渐变折射率的小芯径多模光纤,同时达到了高空间分辨率和高温度分辨率。在现有的拉曼分布式温度传感系统基础上,测量了使用不同传感光纤和注入条件下的温度和空间分辨率。在满注入工作模式下,基于小芯径多模光纤的拉曼分布式温度传感器在25 km处达到了1℃的温度分辨率,空间分辨率的劣化仅为0.13 m,作为对比,使用多模光纤的拉曼分布式温度传感器的空间分辨率劣化了1.58 m。在单模注入条件下,基于小芯径多模光纤的拉曼分布式温度传感器在25 km处达到了4.7℃的温度分辨率,相对使用单模光纤有2.2℃的提升,同时空间分辨率没有劣化。     

分布式光纤传感技术在架空线路中的应用

设计了一种分布式光纤传感器,该传感器基于光时域反射原理,通过测量光纤中的背向散射光强度随时间的变化来进行光纤传输特性的测试。构造了用于实时监测的分布式光纤测试系统,在架空线路中有较好的监测应用。并对该分布式光纤传感器性能进行了监测,结果验证该传感器有较好的稳定性,测温精度误差范围在±0.5℃左右。     

激光器频率漂移对相位敏感光时域反射计扰动定位精度的影响

基于多波干涉原理,建立了基于相位敏感光时域反射计(OTDR)的光纤分布式扰动传感器(FDDS)光路系统数学模型,研究了激光器频率漂移对相位敏感OTDR定位精度的影响机理。仿真结果表明:激光器的频率漂移是导致传感器定位精度和信噪比降低的关键因素,当激光器的频率漂移分别高于25 MHz/min和30 MHz/min时,依据移动平均和有扰动减无扰动定位方法以及移动平均和移动差分算法得到的传感器信噪比低于2dB,定位算法失效。采用频率漂移速率分别为3MHz/min和190 MHz/min的激光器进行实验,实验结果表明:频率漂移速率为3MHz/min的激光器通过所述的两种定位方法得到的定位误差均为100m;频率漂移速率为190MHz/min的激光器无法实现扰动的定位。研究结论为激光器的选型以及提高传感器的定位精度提供了理论指导。