旅游安全事故周界安防入侵监测系统光纤Φ-OTDR传感器性能研究

为了全面评估旅游安全事故周界安防入侵监测系统的光纤Φ-OTDR传感器性能,本文采用了蝶形单模光纤和侵入板制作了光纤Φ-OTDR传感器,并将该传感器埋在细沙中,利用光纤Φ-OTDR(相位时域反射仪)搭建了基于分布式光纤Φ-OTDR传感器的旅游安全事故周界安防入侵监测系统,并对入侵信息(侵入者位置、重量及高度信息)进行了监测和评估。研究发现,采用所设计的光纤侵入板作为传感器,入侵监测系统能对侵入位置进行准确监测,定位精度小于10 m;重量监测下限达到15 kg;对越高的侵入者监测准确度越高,其准确度可达到99. 6%。结果表明:基于光纤Φ-OTDR传感器的入侵监测系统能对长距离、大范围的入侵者进行准确监测,该入侵监测系统可广泛用于旅游景点危险禁区安全事故的安防实时监控。     

基于Φ-OTDR的光纤传感技术原理及其应用现状

相位敏感光时域反射技术(Φ-OTDR)由于其出色的综合性能而成为目前主流的分布式光纤振动监测方法之一。文章在介绍背向瑞利散射的基础上详细分析了Φ-OTDR系统的传感机理,并对Φ-OTDR系统的空间分辨率、动态范围和灵敏度等关键性能指标及其影响因素和提高方法进行了系统分析,为Φ-OTDR系统实际应用时参数的选择和性能优化提供参考。在此基础上,针对现阶段Φ-OTDR技术在海底电缆、周界防护等领域的应用进行了综述,指出了Φ-OTDR技术存在的一些不足,并对其发展前景进行了总结与展望。     

基于弱光栅阵列低成本大长周界系统及其报警机制

基于弱光栅阵列技术和相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)设计了一种低成本大长周界安防系统。系统利用光栅位置和时分复用技术实现对振动点的定位,依据光栅反射的回光与其两侧光纤的背向瑞利散射光相干涉的原理,解调得到的振动信号信噪比约为30 dB。使用光栅间距为5 m的光缆进行频率为10～90 Hz的振动解调测试,解调结果显示,系统具有优秀的频率响应特性。同时,对周界安防报警系统的报警算法进行了测试,测试结果表明,该系统的误报率在10%以内,漏报率为0。此系统探测长度可达50 km,远长于现有的光纤周界产品,而且解调方式简单、成本较低,具有广阔的应用前景。     

基于弱光栅阵列的增强相位敏感光时域反射仪振动传感系统

设计了一种基于弱光纤布拉格光栅阵列的增强相位敏感光时域反射仪(?-OTDR)振动传感系统,以反射率较大的弱光纤光栅反射信号代替?-OTDR中的瑞利散射信号,利用相邻弱光纤光栅反射信号间干涉信号的强度变化来判断光纤线路上振动事件的情况,并采用时分复用技术对振动点进行精确定位。结果表明,该系统在面向振动信号的检测与解调方面比?-OTDR更为简便,同时能实现分布式测量,并能解调出频率范围为10~500Hz的任意振动信号,在周界安防领域具有实际应用价值。     

基于相位解调的相位敏感光时域反射计研究

基于相位敏感的光时域反射计（Φ-OTDR）通过发射光脉冲到传感光纤内,利用分析传感光纤的后向瑞利散射光或前向散射光的方法对入侵扰动事件进行识别和定位。对比其他光纤分布式传感技术,Φ-OTDR能够长距离分布式多点测量,精度高、可靠性好,研究Φ-OTDR具有重要的应用价值。本文介绍了Φ-OTDR的基本原理、结构、系统性能、信号解调和应用情况,并对Φ-OTDR技术进行了展望。     

基于脉冲调制的Φ-OTDR研究综述

基于相位敏感光时域反射计（Φ-OTDR）的分布式光纤振动传感系统向传感光纤中注入探测光脉冲,通过测量光脉冲传输过程中产生的背向瑞利散射光的波动实现对入侵扰动的识别和定位,故探测光脉冲对Φ-OTDR系统性能有重要影响。介绍了Φ-OTDR基于光脉冲调制方面的研究进展,其中包括光脉冲的宽度、频率、形状以及消光比等参数对Φ-OTDR系统性能影响机理,以及通过脉冲调制优化Φ-OTDR系统信噪比、报警率、空间分辨率、响应带宽等参数以及恢复振动信号波形方面的研究进展。旨在通过光脉冲调制实现Φ-OTDR系统多项性能指标同步提升提供新思路,进一步推动Φ-OTDR的工程应用。     

基于弱光栅阵列增强的Φ-OTDR传感系统性能分析

在基于弱光栅阵列增强的相位敏感光时域反射技 术(Φ-OTDR)传感系统中,通过以弱光栅阵列(FBG)的反射信号代替传统Φ-OTDR中的瑞利散射信号,并通 过匹配干涉仪来解调出相位变化,实现分 布式测量。本文研究了弱光纤光栅阵列对Φ-OTDR振动传感系统 信噪比(SNR)改善的效果,并分析了随 之带来的串扰影响。实验结果表明,相比于传统Φ-OTDR传感系统,采用约－35 dB反射率弱光栅阵列增强 的Φ-OTDR传感系统有着更低的相位噪声水平,信噪比提高了33 dB;由于弱光栅阵列中的串扰影响,在 光纤2.4 km处的噪声水平相比于入射端上升了18 dB,但仍然好于无光栅阵列的Φ-OTDR系统。     

基于Φ-OTDR的光纤准分布式氢泄漏监测

为了有效监测氢气管道的氢泄漏,该文提出了一种基于相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR）的准分布式氢泄漏实时在线监测系统。首先去除单模光纤包层,接着在去除包层的光纤表面采用化学镀膜法镀上对氢气敏感的钯膜,其次在钯膜表面涂上一层疏水溶胶,然后将涂覆有疏水溶胶的氢敏光纤安装在聚四氟乙烯槽中,最后采用Φ-OTDR分布式氢传感系统对氢气管道氢泄漏进行监测。结果表明,光纤Φ-OTDR分布式氢传感系统能准确地对氢气管道周界氢浓度的微小变化做出快速响应,响应时间为60 s,位置分辨率达到50 mm,氢气浓度检测下限达到1 000×10-6。研究结果表明,基于光纤Φ-OTDR的测量系统能对长距离、大范围内的氢气管道氢泄漏进行准确检测。     

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CVMD和DBO-SVM的光纤周界安防信号识别方法

为降低光纤周界安防信号中噪声对分类结果的影响,提升信号分类的准确率和运行效率,提出一种融合了相关变分模态分解(Correlation Variational Mode Decomposition, CVMD)、蜣螂算法(Dung Beetle Optimizer, DBO)和支持向量机(Support Vector Machine, SVM)的分类方法。利用CVMD去除原始信号中的噪声分量,并提取去噪后信号的能量、能量熵和峭度作为特征向量。采用DBO算法优化SVM,得到最佳惩罚因子和核函数参数,并构建DBO-SVM分类模型。搭建了基于相位敏感光时域反射(Φ-OTDR)技术的周界安防系统,采集了攀爬、敲击、踩踏和无入侵四类信号。实验结果表明,CVMD-DBO-SVM的分类准确率相比CVMD-PSO-SVM和CVMD-GA-SVM更高,达到了98.75%,同时运行时间更短,综合性能最优。     

基于Φ-OTDR的光纤入侵传感器系统的原理及研究进展

介绍了相位敏感光时域反射计（Φ-OTDR）的工作原理,以及利用此原理的光纤入侵传感器系统的应用研究情况,包括实验室模拟结果、实地测试的结果、数据处理、以及空间分辨率和监测范围。总结比较了Φ-OTDR传感器系统与常规瑞利0TDR传感器系统的差异,并指出Φ-OTDR传感器系统优缺点及发展趋势。     

用于变电站外破监测的Φ-OTDR系统高速数据采集设计及实现

针对大型变电站的安全监控和破坏预警问题,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USB3. 0技术开展传感数据的实时采集与高速传输,并通过实验分析了振动信号典型特征,进而实现变电站的外破实时监测。实验结果表明,实验室内已实现在总长20. 78 km的传感光纤上进行振动信号的高速采集,并达到了小于20 m定位精度和高于10 d B的信噪比。该技术对于变电站的周界振动信号具备精细的定位精度,多点的定位能力和快速的响应时间。     

基于异构加速的Φ-OTDR实时信号处理系统

针对相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)信号处理复杂、计算量大、实时性要求高的特点,提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)异构加速计算技术的Φ-OTDR实时信号处理系统。对外差探测式Φ-OTDR信号处理流程进行分析与分解,提出基于FPGA的滑动窗数据帧分割、多通道并行快速傅里叶变换(FFT)计算、频域滤波、短时能量求和等一系列加速计算方法。该系统最终实现在40 km光纤传感距离、2 kHz重复频率与1 m采样间隔下的长时间、实时扰动信号解调与显示,并且具有80%的帧重叠率。该FPGA系统作为异构加速器,能够减轻计算机数据处理压力,保证传感系统高重复频率下的运算实时性,为系统可靠性和稳定性提供了有效保障。     

相位敏感光时域反射计实现兆赫兹分布式振动检测

<正>相位敏感光时域反射计技术在周界安防、铁路安全检测等领域发挥着非常重要的作用。1993年,Taylor提出了这一技术,实现了高灵敏度的分布式光纤振动实时检测。直至2010年,该技术的响应带宽才受到研究人员的关注。Bao课题组采用相干探测技术和滑动平均技术提升信噪比,最大频率响应达到     

相位敏感OTDR和布里渊OTDR结合的双参量分布式光纤传感的研究

在分布式光纤传感及应用中,单一传感系统一般只能实现一种参量的监测,如相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)只能监测光纤沿线的振动信息,布里渊光时域反射计(BOTDR)仅能监测应变/温度信息.对于多参量监测的应用场合,必须通过配合多种技术和系统来实现多参量监测和分析,增加监测成本和复杂性.设计并搭建了一种集成Φ-OTDR和...     

改进的D-S证据理论在Φ-OTDR三路监测系统中的应用

针对相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)分布式光纤扰动传感系统严重的误警问题,在Φ-OTDR多路监测系统方案的基础上,提出了将改进的D-S证据理论应用于Φ-OTDR三路监测系统中以减少误警率.利用改进的D-S证据理论信息融合算法对每路输出数据进行融合,然后将融合结果与报警阈值相比较,判断是否发生报警.实验测试发现:基于改进的D-S证据理论的Φ-OTDR三路监测系统不仅在三路监测方案中能够正确判断扰动信号,还使得漏警率由3％降至1％,72 h内误警率由3.3％降至0％,提高了系统的报警性能.     

光纤周界安防技术研究现状及应用前景

本文主要介绍了Sagnac干涉型光纤安防系统、M-Z干涉型光纤安防系统、OTDR技术光纤周界安防技术和基于光纤光栅传感技术的光纤周界安防技术原理,并进行相互比较对比各自优劣。     

基于Φ-OTDR的振动事件识别分类器研究进展

相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)凭借着传感距离长、铺设简单、耐腐蚀和抗电磁干扰等特点被广泛应用于分布式振动监测领域。随着传感任务多样化及人工智能的广泛应用,对振动事件的类型识别成为研究的热点方向。为了使读者能更好理解识别分类器研究进展和发展趋势,先后介绍了传统识别分类器和基于深度学习的神经网络识别分类器,对不同分类器性能指标、优缺点和应用场合进行了比较,最后对Φ-OTDR振动事件识别研究方向进行了展望。     

基于Φ-OTDR+BP神经网络分类器的海缆防锚害系统模式识别

基于相位敏感光时域反射计（Φ-OTDR）的分布式光纤振动探测是海缆锚害预警的重要防护手段。针对探测海缆锚害的入侵事件类型判别需求，提出将反向传播（BP）神经网络分类器应用于基于Φ-OTDR的海缆防锚害系统中，介绍了基于Φ-OTDR+BP神经网络分类器的海缆防锚害系统原理，采用信号时域特征和时频域特征作为特征向量，构建基于BP神经网络的分类器，实现了对入侵事件类型的判别。试验结果表明，分类器的模式识别准确率达到100%。