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%。     

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。     

基于双谱边际谱的Φ-OTDR临近双振源定位方法

针对相位敏感型光时域反射仪(Φ-OTDR)系统无法分别定位间距小于其脉冲宽度的临近双振源的问题,通过分析临近双振源条件下Φ-OTDR信号的高次谐波特征及其在空间中的分布特性,提出一种基于双谱边际谱的定位方法。该方法在不改变硬件器件的情况下,可提高Φ-OTDR系统对临近双振源的分辨能力。实验测试表明:在200 ns脉冲宽度下(对应20 m空间分辨率),无论双振源以不同频率还是以相同频率振动,该方法均能分辨并分别定位相距5 m的2个振源。该研究工作将促进Φ-OTDR在管道安全监测以及结构健康监测中的应用。     

Φ-OTDR系统的振动信号检测和识别算法

相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)系统在对振动信号位置判断的过程中,采用幅度差分累加法存在对振动峰位置计算准确率低、不同频率的振动信号需随时修改N值的问题。提出了一种经验模态分解(EMD)与神经网络结合的算法,该算法将振动点的时域信号分解后作为特征值输入到神经网络中训练,再对信号是否为目标振动信号进行识别,实验表明该方法的振动信号识别率达到96.49%。     

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。     

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Φ-OTDR的光纤分布式传感信号处理及应用

基于相位敏感光时域反射(Φ-OTDR)原理的光纤分布式振动/声传感(DVS/DAS)技术在国家基础设施及城市安全监测中发挥着重要作用,但受城区强噪声背景、多源干扰及未知地埋条件的影响,DVS/DAS对目标事件检测识别的准确率成为制约其规模及应用的最大技术瓶颈.因此,在电子科技大学光纤光学研究中心对DVS/DAS硬件技术...     

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。     

光纤复合海底电缆故障检测与诊断方法

为及时发现并判别光纤复合海底电缆的故障,文章提出一种基于多尺度小波分析的海缆故障检测与诊断新方法。该方法先利用布里渊光时域反射计测量海缆中光纤的布里渊散射频移,然后结合双阈值法对故障点进行检测和分析。对发生接地故障的数据,用阈值法进行诊断;对非接地故障,则选用coif2小波基进行8尺度小波分解。研究结论表明,利用小波分解高频系数尺度对空间距离的敏感性可有效诊断锚害和塑料护套局部放电引发的过热故障。同时,在分析海缆故障特点的基础上,通过建立海缆故障模拟数据验证了算法的有效性。     

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。     

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。     

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.     

一种频分复用和偏振分集融合的Φ-OTDR系统

提出了 一种频分复用(FDM)和偏振分集接收(PDR)融合的Φ-OTDR结构,可以提升Φ-OTDR系统扰动信号无失真重构的能力.期望利用这种融合技术,有效实现对干涉衰落和偏振衰落的同时抑制.通过验证性实验,将10s数据的重构信号平均失真率由15.55％降低至1.10％.对比单独使用FDM技术抑制干涉衰落和单独使用PDR...     

基于Sagnac干涉仪和Φ-OTDR的光缆振动预警定位系统

针对光缆经常遭到工程施工破坏的问题,提出了一种低成本的监测光缆线路沿线工程施工情况的振动预警定位系统,采用多个基于单轴Sagnac干涉仪的振动预警模块实时监测多个光缆的振动情况,通过相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)模块确定振动点的位置。实验表明该系统成本低、预警效果好。     

分布式海底光缆监测系统的研究与应用

海底光缆敷设在极其复杂的海洋环境中,极易受到各种外界因素的破坏,其中锚害是海底光缆通信的最大威胁。针对现有海底光缆监测技术的局限性,提出将双M-Z(马赫-曾德尔)分布式光纤振动传感技术用于海底光缆的在线监测。通过理论推导建立了分布式海底光缆监测系统传感、定位的数学模型;并通过综合利用海底光缆路由雷达监测系统,有效解决了实用中监测系统可能存在的虚警问题,提高了系统的可靠性。     

分布式海底光缆监测系统的研究与应用北大核心

海底光缆敷设在极其复杂的海洋环境中,极易受到各种外界因素的破坏,其中锚害是海底光缆通信的最大威胁。针对现有海底光缆监测技术的局限性,提出将双M-Z(马赫-曾德尔)分布式光纤振动传感技术用于海底光缆的在线监测。通过理论推导建立了分布式海底光缆监测系统传感、定位的数学模型;并通过综合利用海底光缆路由雷达监测系统,有效解决了实用中监测系统可能存在的虚警问题,提高了系统的可靠性。     

基于多尺度特征融合的φ-OTDR系统相似信号识别方法

为解决分布式相位敏感光时域反射计系统现有事件识别方法对于相似振动信号识别困难这一问题,提出了一种基于多尺度特征融合的相似信号识别方法。在该方法中,原始信号首先通过经验模态分解和小波包分解被分解为不同频率范围内的子信号。随后,分别提取原始信号和子信号的时频特征和近似熵特征,并利用主成分分析法对所提取的特征进行融合。最后,通过构建一个6层轻量反向传播（BP）神经网络分类器,训练分类模型并利用测试集验证模型分类度。该方法对小车经过和行走等相似信号的识别准确率可分别达到98.5%和98.0%,对于敲击和摇晃差异性大的信号的识别准确率可达100%。相比于直接从原始信号中提取特征并结合时频图的卷积神经网络方式,所提方法的综合识别准确率分别提高了8.4%与9.0%,相似信号的识别准确率分别提高了13.5%与12.4%。结果表明,该方法在保证差异性大的信号的高识别准确率的基础上,显著提高了相似信号的识别准确率,对于拓展分布式光纤传感的应用范围有重要的价值。     

500kV海南联网工程海底电缆监视方法及其应用分析与建议

作为保障500kV海底电缆安全稳定运行的重要环节,海底电缆监视工作一直在谋求采用多种可靠手段进行监视,以防止海底电缆因船舶抛锚等造成的损坏,降低海底电缆故障的风险。本文结合500kV海底电缆实际监视工作,对当前所采用的多种监视方法进行介绍与分析,了解当前监视方法的不足,并对未来如何更好地进行海底电缆监视工作提出建议并作出展望。