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基于时域曲线相关性鉴别的分布式光纤扰动定位算法研究 被引量:1
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作者 黄闽南 范佳铭 +3 位作者 王一山 苏幸晨 张成龙 吕立冬 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2024年第2期93-97,103,共6页
针对瑞利散射信号的随机性以及光纤衰减导致分布式光纤传感系统扰动定位困难、事件误报率高的问题,根据瑞利散射曲线的时域相关性,提出了基于滑动窗的相关系数的扰动事件校验与定位算法。该算法根据在发生扰动事件时相邻周期的光时域反... 针对瑞利散射信号的随机性以及光纤衰减导致分布式光纤传感系统扰动定位困难、事件误报率高的问题,根据瑞利散射曲线的时域相关性,提出了基于滑动窗的相关系数的扰动事件校验与定位算法。该算法根据在发生扰动事件时相邻周期的光时域反射曲线、扰动点及后续位置相关性骤降的特征,在相邻两周期的光时域反射曲线末端设置数据窗并计算相关系数,设定相关系数的阈值校验有无扰动事件发生。若判别存在扰动事件,则向前滑动数据窗并计算相关系数,然后与定位阈值对比从而定位事件。文中搭建了分布式光纤振动传感系统,在25 km长的光纤范围内实现了±3 m的定位误差、±5 m的空间分辨率,系统响应时间仅为0.15 s。 展开更多
关键词 分布式光纤传感 扰动定位 相关性 瑞利散射 光时域反射
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面向电力管廊外破监测的分布式光纤传感技术研究 被引量:3
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作者 范佳铭 黄闽南 +2 位作者 王一山 雍明超 吕立冬 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期1433-1442,共10页
电力管廊是城市里重要的基础设施,对其结构和状态进行监测及评估备受关注。本文针对电力管廊外力破坏监测的问题,提出一种基于衰减补偿的光时域差分曲线方差阈值定位振动事件的方案,并通过实验论证了其定位外破事件的准确性。该方案基... 电力管廊是城市里重要的基础设施,对其结构和状态进行监测及评估备受关注。本文针对电力管廊外力破坏监测的问题,提出一种基于衰减补偿的光时域差分曲线方差阈值定位振动事件的方案,并通过实验论证了其定位外破事件的准确性。该方案基于相敏型光时域反射系统架构,根据管廊外破事件引起的光纤振动导致光时域反射曲线在该事件位置处混乱度急剧增加的现象,对不同测量序列得到的光时域反射曲线作差,然后对光纤各位置对应的差值向量数据求方差,设定方差阈值定位外破事件。同时,考虑到光纤衰减导致方差阈值随距离增加而降低的问题,采用衰减补偿算法使光纤上任意散射位置对应相同的脉冲功率水平,从而修正光纤衰减对方差阈值的影响。实验搭建了分布式光纤振动传感系统,采用脉宽为30 ns、峰值功率为30 dBm的光脉冲,在约25 km的光纤范围,获得±3 m的定位精度。电力管廊外力破坏事件,具有低频、大扰动、持续长的特点,所提出系统方案通过曲线平均抑制瑞利散射衰落噪声,结合光纤衰减补偿校正散射信号幅值,从而将振动事件引起的光信号相位变化作为探测曲线波动的主导因素,以确保对外力破坏事件不漏报、不误报。 展开更多
关键词 电力管廊 相位敏感光时域反射 差分方差算法 振动监测 阈值定位
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基于方差阈值的分布式光纤振动定位算法研究
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作者 黄闽南 王一山 +3 位作者 范佳铭 苏幸晨 张成龙 吕立冬 《传感技术学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期2113-2118,共6页
振动事件定位是分布式光纤振动传感系统研究的重要议题,基于光纤扰动事件引起扰动及其后续位置对应的光时域反射曲线混乱度增加进而使时域累加平均曲线收敛的现象,提出方差阈值算法定位振动事件。该方法首先通过分析扰动事件引起光时域... 振动事件定位是分布式光纤振动传感系统研究的重要议题,基于光纤扰动事件引起扰动及其后续位置对应的光时域反射曲线混乱度增加进而使时域累加平均曲线收敛的现象,提出方差阈值算法定位振动事件。该方法首先通过分析扰动事件引起光时域反射曲线方差变化规律设定阈值,并在光时域反射曲线末端位置设置数据窗口校验有无振动事件发生。若存在振动事件,则向光时域反射曲线前端滑动窗口计算方差,根据设定的方差阈值区分振动事件位置前、后过渡点,从而定位振动事件。实验搭建了分布式光纤振动系统,在16 km的光纤范围实现了±4 m的定位精度。对比常用的逐差定位法,所提出的方法对数据的处理增加了时间累加平均及衰减系数补偿,克服了瑞利散射信号的随机波动引起的偏差,从而降低误报率。 展开更多
关键词 分布式光纤传感 振动定位 方差 阈值 光时域反射
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单光路拉曼分布式光纤测温系统 被引量:2
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作者 冯玉祥 刘志凯 +2 位作者 黄闽南 王一山 吕立冬 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第17期2645-2653,共9页
针对常规拉曼分布式光纤测温系统中,拉曼Stokes和anti-Stokes散射光的走离效应导致位置校正困难,测温严重失真的问题,提出了基于单光路的拉曼分布式测温系统方案,建立散射光功率校正模型和温度标定算法,实现对被测光纤沿线温度的精确测... 针对常规拉曼分布式光纤测温系统中,拉曼Stokes和anti-Stokes散射光的走离效应导致位置校正困难,测温严重失真的问题,提出了基于单光路的拉曼分布式测温系统方案,建立散射光功率校正模型和温度标定算法,实现对被测光纤沿线温度的精确测量。根据拉曼散射光温度敏感原理,推导基于单路Stokes光及单路anti-Stokes光的温度解调公式。考虑到单光路温度解调严重受限于脉冲激光器和光电探测器稳定性的问题,设计温度标定单元并建立了信号光功率校正算法。搭建实验平台,对比分析传统双路、单路Stokes光及单路anti-Stokes光方案的测温性能。最后,讨论并总结基于单光路拉曼分布式光纤测温系统的优选方案。实验结果表明:在约12 km的光纤线路上,基于拉曼anti-Stokes光的方案的测温偏差为-0.3~2.2℃,均方根误差为1.0℃,空间分辨率为6 m,与传统方案相比性能更优。基于信号功率校正的单光路拉曼anti-Stokes光的分布式光纤测温系统灵敏度高,能完全规避传统双光路系统的走离校正问题,具备很高的实用价值。 展开更多
关键词 光纤传感 拉曼散射 测温 光时域反射 分布式
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