基于中值滤波的 OFDR 二维形状感知精度提升研究

基于光频域反射(OFDR)的二维形状传感技术存在相干噪声和光谱匹配错位,导致瑞利散射波长偏移曲线出现乱峰、 杂峰,严重影响形状重构精度。 为此,提出一种使用中值滤波的二维形状传感精度提升方法,分析了 Frenet-Serret 标架下的 OFDR 二维形状重构原理和利用中值滤波提升传感精度的基本原理,搭建了 OFDR 二维形状传感系统,通过多组静态应变实验 标定了应变-波长偏移系数,利用中值滤波方法对 3 种预设二维形状的瑞利散射波长偏移曲线进行降噪处理。 实验结果表明, 应变-波长偏移系数标定为 1. 20 με / pm;在 0. 5 m 形状传感长度上,3 种形状传感末端误差分别从 3. 08%、0. 94%、0. 82%降低至 0. 80%、0. 66%、0. 48%。 研究表明,利用中值滤波降噪可以实现 OFDR 二维形状传感系统的感知精度提升。     

Co_3O_4/C混合包覆对LiMnPO_4正极材料电化学性能的影响

采用水热法和湿磨结合的方法合成了碳包覆的LiMnPO_4和Co_3O_4与碳混合包覆的LiMnPO_4。测试结果表明Co_3O_4与碳形成的完整混合包覆层不仅能抑制LiMnPO_4再次团聚,而且能更有效地保护LiMnPO_4免受电解液的侵蚀,降低电荷转移电阻。Co_3O_4-LiMnPO_4/C在0.1 C的首次放电比容量为148.5 m Ah/g,在0.1 C循环50次后,容量保持率为94.6%,而LiMnPO_4/C仅为92.2%。此外,Co_3O_4-LiMnPO_4/C也表现出突出的高倍率性能,在6 C,8 C和10 C下的放电比容量为101.4,89.5和85 m Ah/g。     

基于云数据处理的分布式光纤应变远程监测系统设计

针对现有的分布式光纤应变监测系统数据采集量大、存储空间有限、无法远程监控等问题,设计了基于云数据处理的分布式光纤应变远程监测系统。首先,基于ADO数据库访问技术设计了数据库访问编程接口,使上位机程序可通过该编程接口将数据传输至远程云数据库,解决了上位机存储空间有限的问题。其次,利用多线程机制设计了上位机程序多线程并发访问数据库模块,实现了数据实时高效的传输。最后,基于ORACLE设计了数据库系统方案,将数据库搭建在云服务器端,用于存储和分析MFC程序采集处理的监控数据和异常信息,实现了云数据的实时处理和远程监控。实验测试结果表明,上位机与云数据库之间的数据交互速度满足并发和实时监测的需求。     

基于随机数编码的相位敏感光时域反射仪

相位敏感光时域反射仪(Ф-OTDR)的传感距离与空间分辨率相互制约,为进一步提升系统性能,提出了光脉冲随机数 编码方法,分析了基于编码的相干探测 Ф-OTDR 的线性化理论,阐述了随机数编码与解码原理并推导了随机数编码的增益数学 模型。 实验证明,在 1 kHz 脉冲重复频率,与 40 ns 脉冲宽度的条件下,与单脉冲调制的 Ф-OTDR 相比,使用 128 bit 40 ns 脉冲宽 度的随机数编码可将传感距离从 25 km 提升至 50. 26 km,且在接近尾端处还原的振动信号信噪比可达 17. 51 dB,能够较好还原 振动信号。 研究表明随机数编码方法为提升 Ф-OTDR 传感性能提供了有效的解决方案。     

矿用双通道光纤拾音系统设计

针对矿井发生重大灾害时通讯系统因断电无法使用的问题,设计出一种本质安全无源检测的双通道光纤拾音系统。基于直线型萨格奈克-马赫泽德光路结构,采用单模光纤作为传感单元检测语音信号,借助光开关实现双通道信息采集,并通过STM32嵌入式微控制器与FreeRTOS嵌入式操作系统的联合开发实现语音信号的实时采集与还原。系统经实验测试,可以在长为2.5 km的传感距离范围内,实现500 Hz与1 000 Hz单音、摩斯电码求救语音、人类呼救语音等信号的双通道扫描式拾取,频率分辨率为0.02 Hz,精度为±0.01 Hz,从而为矿井重大灾害救援应急通讯与人员定位提供一种新的思路与解决办法。     

基于卡尔曼滤波算法的嵌入式光纤光栅解调系统

针对目前光纤光栅解调系统算法复杂，需要借助上位机进行解调的不足，设计了一种基于卡尔曼滤波算法的嵌入式光纤光栅解调系统。该系统在STM32嵌入式平台上采用卡尔曼滤波算法，结合趋势判断算法实现了FBG中心波长的快速解调。实验结果表明，系统的测温精度可达±0.1℃,对FBG温度传感器中心波长的解调稳定性可达±3 pm,温度与波长线性变化的拟合度可达0.998以上，能够满足实际工程应用的需求。     

基于支持向量机的相位敏感光时域反射仪研究

为了解决实际环境中振动事件易误报的问题,在基于相位敏感光时域反射仪的分布式光纤振动传感系统中,引入了一种融合小波能量谱和支持向量机(SVM)的模式识别方法。首先,利用小波能量谱分析方法,设定最优分解层为5层,并从原始信号中提取出特征向量;然后利用支持向量机的“一对一法”多分类策略对振动事件进行识别分类。考虑到实际环境因素的影响,对沿光纤行走、敲击光纤以及沿光纤慢跑3种模式的振动进行了检测试验;最后,采用准确率、精确率、召回率和F值来综合评价支持向量机分类器的性能。实验结果表明:该模式识别方法实现了84.9%的振动事件分类准确率。     

Φ-OTDR 系统非对称光纤耦合器相位解调方法研究

针对3×3光纤耦合器三路输出信号非旋转对称易导致相位解调产生误差的问题,提出了基于3×3光纤耦合器两路输出信号的非对称光纤耦合器相位解调系统理论,通过软件仿真分析验证了系统对单频周期信号与三次谐波信号的相位解调能力,并在相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)上开展了光纤振动传感系统相位解调性能测试。实验结果表明,系统能够实现200～4 000 Hz频率范围内的相位解调,振动定位绝对误差在±10 m以内,系统空间分辨率为21 m。本方法在减少系统硬件成本的基础上,为Φ-OTDR系统光纤耦合器分光比与相位差不恒定问题提供了新的解决思路与参考方案,可在交通安全监测等领域进行应用推广。     

曲线拟合算法对光纤光栅传感解调性能的影响研究

针对光纤光栅解调过程中拟合算法优化选取问题,基于自行研制的光纤光栅解调系统,研究高斯拟合算法与三次样条插值算法对该系统解调精度的影响。实验结果表明,两种算法解调精度都很高,三次样条插值算法运算简单,速度更快,在动态拟合中更有优势。经过数字低通滤波与三次样条插值后,解调系统对于应变检测精度可达10με,线性拟合系数在0.999以上。     

最小控制递归平均算法对光纤声音传感系统的降噪作用

为了解决恶劣环境下分布式光纤声音传感系统的声音还原问题,搭建了一种基于改进最小控制递归平均(IMCRA)算法的多通道光纤声音传感系统。采用Sagnac和Mach-Zehnder复合光路结构,以单模光纤作为传感单元拾取声音信号,借助光开关实现了多通道信号采集,并通过改进最小控制递归平均算法对声音信号进行降噪、还原及增强处理。实验结果表明:该系统可在长为4km的传感光纤上实现对单音信号和语音信号的多通道扫描拾取,并能够在复杂情况下实现对语音信号信噪比的有效提升,为光纤声音传感系统在恶劣环境下的应用提供了一种新途径。