基于环结构的新型分布式光纤振动传感系统

提出并验证了一种新颖的基于环形马赫-泽德干涉仪结构的全分布式光纤振动传感系统.采用直流光实时动态定位技术，通过在干涉仪光路中引入环结构，将直线型干涉仪转化为环型回路，使得一个马赫-泽德干涉仪中相向传输两路光波，相当于构成双马赫-泽德干涉仪.当振动信号作用于传感光纤时，相向传输的两路直流光同时产生相同的相位信号并沿不同的路径传输至光接收单元，采用数字信号处理技术分析接收信号即可实时获得振动的空间位置和频率、幅度等特性参数.实验中成功实现了监测距离为1.01km的分布式振动传感，单点振动的空间分辨率小于40m.另外，从理论上分析并模拟了系统对多点同时振动进行检测和定位的可行性.     

基于时延估计的分布式光纤传感定位

提出了一种新型的基于Sagnac干涉仪的双向Sagnac分布式光纤传感器,可对传感光纤线路上的扰动进行检测与定位。阐述了该分布式光纤传感系统的组成和工作原理。利用基于最小均方(LMS)算法的自适应时延估计方法直接在时域上对扰动信号进行定位。理论分析和测试结果表明,该分布式光纤传感器能快速、有效地实现扰动信号的检测及定位。算法简单易实现,具有较高的测试灵敏度和定位精度,最大定位误差小于20m。     

基于二次相关算法的双M-Z光纤传感器的定位方法

双马赫-曾德干涉仪型分布式光纤传感系统因灵敏度高而易受环境噪声及系统噪声的影响,使得利用直接互相关算法计算扰动信号位置存在较大误差.采用二次互相关算法,先对两路接收信号做互相关运算,再与其中一路信号的自相关结果做互相关运算,通过对两路信号的时延估计对扰动信号定位,减小了噪声带来的误差并提高计算准确度.对该算法进行了理论仿真和分析,搭建了实验装置进行了实验验证.实验结果表明,与采用直接互相关定位算法结果比较,采用本文算法能够有效提高系统对扰动信号的定位准确度,且具有较高的实时性.     

混合干涉型分布式光纤传感器PGC信号解调设计与实验分析

对一种基于马赫-曾德尔和萨格纳克混合干涉仪原理的分布式光纤泄漏检测系统调制解调技术进行研究,对PGC解调技术进行理论分析。针对所选泄漏分布式光纤传感特点设计了PGC解调硬件电路,并对PGC解调电路进行了测试。实验中待测信号为0~50 kHz,载波频率为300 kHz,截止频率为50 kHz, 移相后与待测信号的相关系数达到0.95,谐波失真小于3%,泄漏源位置为7.865 km,泄漏检测定位系统绝对定位误差为235 m,相对定位误差为2.35%。本解调定位系统具有稳定性和抗干扰性。     

分布式光纤中的稳健时间延迟估计方法

在分布式光纤传感系统定位中,传统时延估计算法常由于噪声相关性较强而失效。采用一种削弱相关噪声的改进型广义相关法,并针对系统特点,为进一步改善分布式光纤传感定位的准确度与稳定度,提出了一种先对数据按事件信号进行分帧,再采用卡尔曼滤波器对分帧时延估计结果进行跟踪的时延估计方案。系统仿真实验与实际数据测试结果均表明:提出的时延估计方案能够有效抑制强相关性的噪声,提高时延估计的准确度与稳定度。经大量现场测试,本文的方案能够有效地将时延估计误差稳定地控制在0.2个采样间隔以内,能够满足系统实际定位精度要求。     

基于YOLOv5s模型的光纤振动传感事件精准检测研究

通过将双马赫-曾德尔干涉仪（DMZI）分布式光纤振动传感系统和四旋翼无人机（UAV）监测系统融合,设计了一种基于YOLOv5s模型的多类别光纤振动传感事件精准检测方案。首先,通过地面站QGroundcontrol将DMZI与UAV进行联动控制。其次,将二维振动信号时频谱与无人机捕捉的对应原始图像共同送入YOLOv5s卷积神经网络模型进行识别检测。最后,为验证所提精准检测方案的有效性和可行性,对5种常见的传感模式进行实际应用环境下的实验测试与分析。实验结果表明,所提出的精准定位检测方案对5种传感模式的平均精度均值（mAP）可达96.6%,并且其平均识别检测时间可控制在5 ms内。     

基于时延估计的光栅阵列管道泄漏检测与定位方法研究

城市燃气在管道运输过程中存在很大的安全隐患，一旦发生危险，后果不堪设想，燃气管道泄漏的监测与定位意义重大。为解决目前大部分管道泄漏检测与定位方法存在的易受环境干扰、精度低、适用范围窄、计算难度较高等问题，提出了一种基于时延估计的光栅阵列（wFBG）管道泄漏检测与定位方法，该方法通过光栅阵列技术采集振动信号，根据采集到的泄漏振动信号时域、频域上的特征，首先通过基于短时能量分析的方法检测管道是否泄漏，然后对满足要求的信号片段进行峰值间多项式拟合获取泄漏信息到达的时刻，最后根据时间差定位泄漏点。实验结果表明，该方法能有效检测泄漏，并且在测量距离为40 m的情况下，定位误差在1 m左右。     

基于补偿距离估计的光纤振动信号特征提取算法

为进一步提高光纤振动信号模式识别的实时性及准确性,提出一种基于补偿距离估计技术的信号特征提取算法.算法借鉴人类听觉感知机理,对光纤传感振动信号提取Mel频率倒谱系数特征向量,采用补偿距离估计技术制定特征筛选策略实现特征评估与优化.实验结果表明,基于补偿距离估计技术的振动信号特征提取算法可以有效减少光纤传感系统中影响分类...     

基于混沌激光干涉的分布式光纤声音传感

提出了一种基于混沌激光干涉的分布式光纤声音传感系统,利用外腔反馈式半导体混沌激光作为传感光源,借助非等长的马赫-曾德尔双臂引入干涉光程差,通过直线型Sagnac结构克服了环形干涉系统的互易效应,利用频谱的零频点实现了声音信号的分布式定位。实验结果表明,该系统可实时提取1kHz的单音信号及200~900Hz频率范围内的语音信号。与传统的宽带放大自发辐射激光相比,基于混沌激光干涉的传感系统具有更好的声音频响曲线、更高的检测灵敏度以及均匀的平面指向性,并在12km长的单模光纤上实现了宽谱声音定位,为分布式光纤声音传感系统提供了一种新的灵敏度提升方案。     

新型分布式光纤管道泄漏检测技术及定位方法研究

介绍了一种基于萨尼亚克(Sagnac)干涉仪的直线型分布式光纤管道泄漏监测系统,实时进行管道泄漏监测和定位。此系统有两条传感光纤,可有效提高管道监测距离。推导了泄漏信号引起的光信号相位变化表达式;分析了该干涉仪应用于泄漏检测的原理及其泄漏源定位方法,并在分别距两传感光纤末端的法拉第旋转镜为3.990km和4.024 km处进行了泄漏检测实验。管道泄漏实验结果表明,该系统较准确地确定了泄漏源位置且定位误差小于1.05%.