土壤温度对光纤预警系统中振动信号的影响

开展了光纤预警系统在实时监控振动信号时受到土壤温度影响的理论分析和实验研究。以基于后向瑞利散射的分布式光纤传感系统为基础,土壤振动分析采用弹性半空间理论,并与光纤传感理论相结合,解释了温度对光纤预警系统中土壤振动信号的影响,建立并分析了理论模型。通过对1.2km光纤预警系统的现场实验,采集了在温度改变时土壤振动信号的变化。实验表明,土壤振动信号的峰值光功率随温度上升增大,说明了光纤预警系统中的振动信号会受土壤环境的影响。     

基于相位敏感型光时域反射仪的袋式 除尘器漏袋检测技术

采用相位敏感型光时域反射仪的分布式光纤传感系统对除尘器内滤袋进行实时监测.通过对光纤在除尘器滤袋内敷设方式的设计,实现了对除尘器内滤袋的定位.对6种类型的破袋内光纤振动信号进行采集,且当这些滤袋没有破损时,对其光纤振动信号也进行采集.采用小波包分解法计算了滤袋内光纤振动信号的信息熵和相关系数,并将两参数合并构成二维特征参量.分析了在不同的二维特征参量下,好袋内光纤振动信号和破袋内光纤振动信号之间的特征差别.以类型3滤袋信号特征样本作为训练样本对反向传播神经网络进行训练,然后对6种类型的滤袋信号特征样本进行识别,结果显示该方法对6种类型的滤袋具有较高的识别稳定性,且平均滤袋识别率分别达到96.2%、88.7%、98.4%、98.5%、98.5%、98.5%.     

利用深度神经网络实现分布式相干瑞利光纤振动事件分类

该文利用分布式相干瑞利光纤传感系统,在西气东输一线无锡至苏州段开展现场测试,采集了光纤沿线车辆行走、机械挖掘、人工锄地、定向钻孔等8种振动作业产生的光纤信号,并提出了一种具有5层结构的全连接深度神经网络用于振动事件分类识别以实现不同振动作业的分级管理。振动作业产生的光纤信号能量集中在低频,该文利用梅尔对数频率的非均匀特性提取了25维单帧信号特征量,并将连续40帧信号特征量组合成高维向量作为网络输入特征向量,实现对不同振动作业时变特性的建模。分类识别结果表明,基于深度神经网络结构的振动信号分类识别器能够有效识别不同振动作业类型,实际线路实验验证了该文算法的有效性。     

考虑垂直距离分级的光纤防外破识别算法研究

为进一步加强光缆的运行保护措施,提出了一种基于分布式光纤振动系统的光缆外破事件器械识别与垂直距离判断的双指标方案。通过实时采集光纤振动信号,分析时频域信号的多重特征,提取受影响光纤段、频率能量占比、频率峰值及分布等关键性特征,送入训练好的宏流形学习模型下,同时识别光缆外破事件的器械类型及垂直距离,并对垂直距离进行分级预警,高效开启对应的及时响应措施。案例结果表明,本方案在应用中的识别率高达90%,实现外破类型和垂直距离分级的双识别,大大提高了光缆外破事件的防御举措。     

基于多重分形谱的光纤周界振动信号识别

为了有效识别光纤周界系统的振动信号,提出一种多重分形谱参数和改进概率神经网络相结合的光纤振动信号识别方法.该方法能够避免特征提取过程中需要选择经验阈值和模式识别过程中需要确定平滑因子的不足.首先,检验分析光纤振动信号多重分形的存在性和有效性.然后,计算和提取光纤振动信号的多重分形谱参数,构成能够准确描述信号非线性和复杂性特性的特征向量.最后,采用改进的概率神经网络算法进行自适应地学习和分类,实现对不同光纤振动信号的识别.采用现场实验采集的四种振动信号对该方法进行验证,结果表明,平均识别率达到96.25%,识别时间为1.63s.该方法在正确识别率方面优于传统的概率神经网络算法.     

基于总体平均经验模态分解的光纤周界预警系统模式识别方法

针对光纤周界预警系统输出信号的非平稳特性,提出了一种基于总体平均经验模态分解(EEMD)的模式识别方法。预警系统基于Mach-Zehnder干涉原理,利用4条单模光纤构成分布式扰动传感器,实时监测周界入侵事件。该方法引用具有自适应性的EEMD算法将振动信号分解成多个本征模态函数(IMF)。根据不同振动信号能量各异的特点,提出EEMD能量熵的方法排除非入侵的干扰。最后建立双重支持向量机对入侵信号进行识别。实验结果表明:该方法可以有效排除非人为入侵的干扰,准确识别攀爬、敲击和其他虚警信号,平均正确识别率优于92%,提高了系统的报警识别率,降低了误报率。     

基于EMD-AWPP和HOSA-SVM算法的分布式光纤振动入侵信号的特征提取与识别

针对传统的信号处理方法无法有效区分不同振动入侵信号,提出一种基于EMD-AWPP和HOSA-SVM算法的振动信息特征提取与识别方法,用于解决分布式光纤振动入侵检测系统的高精度信号识别问题。处理不同振动类型时,该方法首先利用基于经验模态分解的自适应小波包处理算法,不仅对信号的低频部分进行了分解,而且对高频部分即信号的细节部分也进行了更好的时频局部化处理,改善了信号特征提取精度,减少传感信号异常值的影响; 其次采用高阶谱分析中的双谱和双相干谱,精确提取包含不同振动入侵信号类型的特征矢量; 最后在BPNN参比模型的基础上,用粒子群算法优化SVM的识别参数,使识别模型具有更强的自适应和自学习能力,克服了神经网络易陷入局部最优的不足之处,实现不同振动入侵信号的特征矢量识别。分析结果表明,针对不同类型的入侵源识别,该方法可以有效剔除随机噪声的影响,提取传感信息的特征矢量,降低异常值的影响,算法的预测类别与输出类别几乎一致,振动识别的精确率达到95%以上,识别效果明显强于BPNN网络的检测算法,提高了信息分析的准确性。     

一种新型智能化远距光纤预警的算法研究

提出一种新型智能化长距离光纤预警系统,研究了该系统在真实工作环境下的预测准确性。该预警系统主要分为分布式传感和信号识别两个部分,其中相位敏感光时域反射(Φ-OTDR)技术用于系统的分布式传感部分,而神经网络技术用于信号识别部分,以对入侵事件进行识别和分类。在信号识别部分创新地提出了一种改进型神经网络结构,并使用基于小波包分解的神经网络和具有三个隐藏层的神经网络等其他两种方法进行效果对比。最后,通过三次不同的实验,探究了系统的识别准确性。结果表明,基于改进型神经网络的光纤预警系统在入侵事件识别方面具有优良的分类效果,平均识别率达到95%以上。     

基于全光纤微振动传感器的定位系统研究

以噪声性质存在的微振动信号是造成干扰和影响机械加工精度的主要因素之一,消除干扰的前提是对微振源的准确测量和定位。针对现有基于光纤的定位系统存在的不足,设计了一种基于全光纤微振传感器的微振源定位系统,该系统要求最少4个微振传感器,通过同时测量3个传感器相对于另一个传感器的振动信号到达时间差(TDOA)来计算微振源的位置。通过实验对传感器和定位系统的性能进行验证,相对定位误差低于0.56%,且系统稳定可靠。     

全光纤激光多普勒测振仪空气耦合振动检测

采用外差探测方式, 建立了全光纤结构的激光多普勒测振仪,用来测量经空气传播耦合引起的散射体振动,以期感知振源振动信息。实验探索了散射体材料、固定方式和相对振源位置等对空气耦合振动的影响,得到了200~2700 Hz频率范围内6种散射体振动响应特性曲线。结果表明:通过空气耦合引起的散射体振动,在相同振源振幅下,散射体振动的振幅一般随频率升高而升高; 在材料、固定方式和相对振源位置等因素中,散射体材料对振动响应特性的影响是主要的,后两者只影响局部细节。     

绝对重力测量中振动传感器振动补偿性能的分析

绝对重力测量的精度主要受振动噪声的限制.振动补偿是一种简单可行的振动噪声处理方法,它通过传感器探测振动噪声来对测量结果进行修正.现阶段对于不同传感器的振动补偿性能缺乏系统的分析与评估,仅停留在应用阶段.本文从理论出发分析了传感器性能对补偿效果的影响,并通过实验评估了不同振动环境下不同传感器的振动补偿性能.实验结果显示,采用低噪声地震计的振动补偿效果主要受带宽和量程的限制,在安静环境下可实现优于百微伽的单次测量标准差,但补偿效果随振动噪声高频成分的增强而降低,在动态环境下地震计则受量程限制而无法工作.采用加速度计的振动补偿效果主要受分辨率的限制,在复杂和动态环境下均可实现毫伽量级的单次测量标准差.本文为振动补偿技术应用于绝对重力测量提供了振动传感器选型的理论和实践依据,有望为振动补偿技术的进一步发展提供技术支撑.     

弹簧振子振动的探讨

对于弹簧振子的振动,通常只讨论其纵向振动,横向振动由于其恢复力与位移不成正比,不是简谐振动,并且难以求得其振动规律的解析解.通过数值计算的方法可以得到在玩具弹簧和小振动条件下,横向振动的规律.     

气轨上的非线性振动

在气垫导轨上设计了一个非线性振动实验，通过计算机进行数值计算，得出非线性振动周期随振幅的增大而减小的结论，并从理论上进行了分析。     

晶格振动的超快光谱调控

采用飞秒激光抽运脉冲激发了Bi_2Te_3薄膜频率为1.856 THz的声子相干振动,并用探测光测量得到了其阻尼振动信号.结合Raman光谱,确定该振动为A~1_(1g)对称振动模式的相干光学声子.为了实现该模式振动的调控,在抽运光路上安装了脉冲整形器,进而控制生成具有不同时间间隔和能量比的两束脉冲激光.研究表明,当两束脉冲的间隔时间为相干光学声子振动半周期的奇数倍时,调整两束脉冲的能量比值,可以实现A~1_(1g)模式振动的完全消除.继而将两束脉冲的能量比值保持不变,得到了振幅随间隔时间的变化曲线,与理论分析符合.结果进一步证实了用超快光谱调控特定晶格振动的可行性,从而为研究材料内部超快能量传递过程提供了有效手段.     

对弦振动实验中振源的改进

设计制作了一种振源．将其应用于弦振动实验时,不但能像电动音叉作振源那样,可以验证弦线上驻波波长与弦线张力、密度的关系,而且还可以验证电动音叉作振源所不能验证的弦线上驻波波长与驻波频率的关系．     

振动系统的模态分析实验设计

利用模态分析原理和简单试验仪器，得到了直观的悬臂梁和圆盘前4阶模态振型，使学生熟悉了模态分析原理和测试方法，有利于学生对振动规律的理解．     

动力吸振器中库仑阻尼对吸振性能的影响

研究了动力吸振器中库仑阻尼(干摩擦)对吸振性能的影响。给出了库仑摩擦模型,在考虑了吸振器中的库仑阻尼的情况下,分析了库仑阻尼引起的主振动系统与附加质量块的2种相对运动状态(滑移和粘滞)以及它们存在和转换的条件,讨论了因库仑阻尼引起的吸振器自由度冻结现象;用Simulink仿真工具对非线性吸振器进行了数值仿真,研究了谐波和白噪声激励下库仑阻尼对吸振器吸振性能的影响以及库仑阻尼与线性阻尼的等效问题。结果显示:弱激励条件下,非线性吸振器减弱吸振效果,强激励条件下增强吸振效果。     

Finite-amplitude vibration of a bubble and sonoluminescence

Numerical solutions of the differential equation for a bubble performing finite-amplitude vibration are given in detail for a variety of situations. The results demonstrate that in lower acoustic pressure (maximum Mach number very low) its vibration has bounce. When acoustic pressure is in excess of 1.18atm and the instantaneous radius of the bubble approaches its equivalent Van der Waals radius, the maximum velocity and acceleration on the surface of a bubble have a huge increase in a very short period, which seems to favour the sonoluminescence. In vacuum environment (0.1atm), an intensive sonoluminescence could be generated.     

Application of dynamic vibration absorbers in structural vibration control under multi-frequency harmonic excitations

In this research, the response properties of a single-degree-of-freedom system under dual harmonic excitation are analyzed to provide some principles for the choice of time span and step in the simulations. The performances of dynamic vibration absorber (DVA) and state-switched absorber (SSA) are compared. The results indicate that dual DVAs almost have the same performance as the SSA. Moreover, dual DVAs compared with the SSA have some advantages such as lower ratio of tuning frequencies, more rapid optimization process and lower requirement for the anti-fatigue property of the material. Furthermore, the performances of different frequency-tuning methods are investigated. It is shown that the one-one method almost has the same performance as the optimization method and it does not need time-consuming optimization process.     

弦振动实验的改进

分析了弦音计实验在精确度及操作性上存在的不足,对实验做了以下改进:将水平仪的水准器直接安装在弦音计的杠杆中,将接收线圈放在适当位置,利用单片机直接读取共振频率.通过改进实验精确度更高,操作更快捷.