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Temperature error compensation method for fiber optic gyroscope based on a composite model of k-means,support vector regression and particle swarm optimization
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作者 CAO Yin LI Lijing LIANG Sheng 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 2025年第2期510-522,共13页
As the core component of inertial navigation systems, fiber optic gyroscope (FOG), with technical advantages such as low power consumption, long lifespan, fast startup speed, and flexible structural design, are widely... As the core component of inertial navigation systems, fiber optic gyroscope (FOG), with technical advantages such as low power consumption, long lifespan, fast startup speed, and flexible structural design, are widely used in aerospace, unmanned driving, and other fields. However, due to the temper-ature sensitivity of optical devices, the influence of environmen-tal temperature causes errors in FOG, thereby greatly limiting their output accuracy. This work researches on machine-learn-ing based temperature error compensation techniques for FOG. Specifically, it focuses on compensating for the bias errors gen-erated in the fiber ring due to the Shupe effect. This work pro-poses a composite model based on k-means clustering, sup-port vector regression, and particle swarm optimization algo-rithms. And it significantly reduced redundancy within the sam-ples by adopting the interval sequence sample. Moreover, met-rics such as root mean square error (RMSE), mean absolute error (MAE), bias stability, and Allan variance, are selected to evaluate the model’s performance and compensation effective-ness. This work effectively enhances the consistency between data and models across different temperature ranges and tem-perature gradients, improving the bias stability of the FOG from 0.022 °/h to 0.006 °/h. Compared to the existing methods utiliz-ing a single machine learning model, the proposed method increases the bias stability of the compensated FOG from 57.11% to 71.98%, and enhances the suppression of rate ramp noise coefficient from 2.29% to 14.83%. This work improves the accuracy of FOG after compensation, providing theoretical guid-ance and technical references for sensors error compensation work in other fields. 展开更多
关键词 fiber optic gyroscope(FOG) temperature error com-pensation composite model machine learning CLUSTERING regression.
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基于神经网络的光纤温度估算方法的优化 被引量:1
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作者 李苏雅 董艳唯 +4 位作者 李琳 张弛 李楠 宁琦 陈永辉 《光通信研究》 北大核心 2025年第1期83-88,共6页
【目的】为了有效估算基于布里渊散射的分布式光纤传感中光纤的温度,文章将多层前馈人工神经网络(ANN)应用于温度的估算。【方法】文章在Matlab软件中编写了用于光纤温度计算的单斜坡法、基于伪Voigt模型的最小二乘拟合法和ANN程序,同... 【目的】为了有效估算基于布里渊散射的分布式光纤传感中光纤的温度,文章将多层前馈人工神经网络(ANN)应用于温度的估算。【方法】文章在Matlab软件中编写了用于光纤温度计算的单斜坡法、基于伪Voigt模型的最小二乘拟合法和ANN程序,同时仿真产生了不同信噪比(SNR)下的布里渊谱,采用以上3种算法计算了光纤温度,验证了ANN方法的有效性。在此基础上基于以上仿真产生的布里渊谱研究了ANN的关键参数,即隐层数量、隐层神经元数量和训练目标对训练速度、温度计算时间和准确性的影响规律。【结果】结果表明,ANN方法在SNR为22和37 dB时最大温度误差分别仅为1.18和0.63℃,且计算时间仅为最小二乘拟合法的1/1000左右。当隐层神经元数量不变时,随着隐层层数的增加,训练时间明显下降,计算时间线性增加,但其对温度估算的准确性几乎无影响;随着隐层神经元数量的增加,训练时间和计算时间均增加,隐层有21个神经元时,训练时间近似为1个神经元的67倍,但其对温度估算的准确性几乎无影响;训练目标(布里渊频移误差的平方)小于临界值(约为1 MHz 2)时,随着训练目标的增加,温度误差几乎不变,超过临界值后,随着训练目标的增加,温度误差增大。【结论】采用多层前馈ANN应用于基于布里渊散射的分布式光纤传感中的光纤温度估算时,建议选择单隐层且隐层神经元选择1个,训练目标选择1 MHz 2。 展开更多
关键词 分布式光纤传感 布里渊散射 布里渊频移 人工神经网络 温度 优化
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−50~50℃超宽温运行光纤激光器实现2 kW功率输出
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作者 王鹏 吴金明 +7 位作者 王小林 杨明烨 张汉伟 吴函烁 奚小明 习锋杰 许晓军 陈金宝 《强激光与粒子束》 北大核心 2025年第7期4-5,共2页
提高光纤激光器的宽温运行能力,可有效提升光纤激光器在极端高低温条件下的环境适应能力与运行可靠性,确保其在复杂工况下的稳定输出,为相关领域的技术革新与产业升级提供支撑。近期,国防科技大学利用光纤耦合半导体激光器直接泵浦实现... 提高光纤激光器的宽温运行能力,可有效提升光纤激光器在极端高低温条件下的环境适应能力与运行可靠性,确保其在复杂工况下的稳定输出,为相关领域的技术革新与产业升级提供支撑。近期,国防科技大学利用光纤耦合半导体激光器直接泵浦实现了可在−50~50℃内稳定运行的近单模全光纤激光振荡器,输出功率达到2 kW,是目前公开报道的宽温度范围运行光纤激光器最高输出功率水平。 展开更多
关键词 光纤激光器 光纤激光振荡器 宽温运行
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基于马尔可夫判定过程的光纤网络入侵检测方法 被引量:1
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作者 郭海智 贾志诚 李金库 《激光杂志》 北大核心 2025年第3期193-198,共6页
为了可以精准实现光纤网络入侵检测,提出基于马尔可夫判定过程的光纤网络入侵检测方法。通过频域分块技术对光纤网络信号展开信号提纯,利用经验模态分解方法对入侵信号进行初始检测,采用模糊层次分析法确定网络接入行为信用度,对于信用... 为了可以精准实现光纤网络入侵检测,提出基于马尔可夫判定过程的光纤网络入侵检测方法。通过频域分块技术对光纤网络信号展开信号提纯,利用经验模态分解方法对入侵信号进行初始检测,采用模糊层次分析法确定网络接入行为信用度,对于信用度较高的接入行为直接通过,剩余接入行为则利用马尔可夫判定过程展开判定,由此实现入侵检测。实验结果表明,该方法能够快速、准确检测入侵信号,特别是针对Pording数据集所遭受侵入式窃听行为,检出率高达0.985。在整个实验中,该方法检出率的最小值也可以达到0.920,平均检测误判率、平均检测漏判率的最大值分别为0.01、0.02。这说明该方法显著提升光纤网络的安全性和稳定性,为保障网络安全提供有力的支持。 展开更多
关键词 马尔可夫判定过程 光纤网络 经验模态分解 模糊层次分析法 入侵检测
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基于绕组首饼温度及温度梯度的变压器热点模型
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作者 范晓舟 刘云鹏 +3 位作者 律方成 李欢 徐永超 闫泽玉 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第1期361-369,I0030,共10页
变压器热点温度是衡量变压器负载潜力及运行安全性的重要指标,是变压器状态监测以及预测的重点。绕组底部首饼直接与散热片回流的冷油接触,周围油温与冷油近似相等,可以较为准确地分析其散热。该文从变压器传热原理出发,提出一种新的热... 变压器热点温度是衡量变压器负载潜力及运行安全性的重要指标,是变压器状态监测以及预测的重点。绕组底部首饼直接与散热片回流的冷油接触,周围油温与冷油近似相等,可以较为准确地分析其散热。该文从变压器传热原理出发,提出一种新的热点温度计算模型。首先,基于理论推导建立绕组首饼温度的控制方程,并使用热电类比方法建立可用于实际运行的绕组首饼局部热路模型。通过对一台内置传感光纤的110 kV油浸式变压器进行11级不同负载共21 h温升试验,获得不同负载率下绕组温度变化情况,并提出基于绕组首饼温度及绕组温度梯度的热点温度模型。基于局部热路模型,使用负载率及散热片进出口油温作为输入变量,成功预测绕组首饼温度。随后,建立绕组整体温度梯度的指数、差分方程模型,并基于提出的热点计算模型对连续变负载试验的结果进行预测。结果表明,模型预测均方根误差为4.02 K,相较传统模型,最大误差降低21%,验证所提计算模型的有效性。 展开更多
关键词 变压器 热点温度 温度梯度 温升试验 分布式光纤传感
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煤矿掘进机光纤惯导自适应零速修正方法
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作者 毛清华 周庆 +3 位作者 柴建权 陈彦璋 杨文娟 薛旭升 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期313-324,共12页
高精度光纤惯导与高精度位置传感器融合定位是实现煤矿巷道掘进机精确定位的有效方法,但高精度光纤惯导成本较高且误差随时间累积,如何通过低成本、低精度的光纤惯导自适应零速修正达到高精度光纤惯导性能和消除累积误差是目前亟待解决... 高精度光纤惯导与高精度位置传感器融合定位是实现煤矿巷道掘进机精确定位的有效方法,但高精度光纤惯导成本较高且误差随时间累积,如何通过低成本、低精度的光纤惯导自适应零速修正达到高精度光纤惯导性能和消除累积误差是目前亟待解决的问题。因此,提出一种零速检测与扩展卡尔曼滤波结合的煤矿掘进机光纤惯导自适应零速修正方法。针对掘进机光纤惯导传统阈值方法零速检测不准确问题,提出一种基于PCA-SCSO-SVM(Principal Component A-nalysis,PCA;Sand Cat Swarm Optimization,SCSO;Support Vector Machine,SVM)的零速检测方法,该方法利用掘进机振动信号进行零速检测,首先对振动信号进行VMD分解并根据相关系数选取IMF分量,其次提取IMF分量的时频域特征,并运用主成分分析法降维以降低诊断模型复杂度与数据分析难度,最后通过引入沙猫群优化算法优化核函数与惩罚参数提高零速检测的准确率。针对高精度光纤惯导成本较高和误差随时间累积问题,提出一种自适应零速修正方法,该方法根据掘进机零速检测结果和掘进机运动特性确定的修正间隔时间,利用扩展卡尔曼滤波在零速时刻的速度误差和角速度误差作为观测量进行自适应零速修正。为了验证本文方法的有效性,开展了零速检测和零速修正的试验验证。零速检测试验中,将本文方法、SVM方法、GA-SVM方法和PSO-SVM方法进行对比,结果表明:本文方法零速检测准确度最高,达到了96.5%。零速修正试验结果表明:研究提出的零速修正方法能有效降低光纤惯导的姿态误差和提升掘进机姿态检测精度,且修正间隔时间越短误差估计越准确、修正后的姿态精度越高,修正间隔时间为10 min时,能够使0.1(°)/h的光纤惯导达到0.057(°)/h的姿态检测精度,实现了低精度光纤惯导达到高精度定位目标。 展开更多
关键词 掘进机 光纤惯导 零速修正 振动检测 SVM 扩展卡尔曼滤波
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基于FBG传感器的带式输送机故障监测研究
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作者 方新秋 吴洋 +5 位作者 宋扬 陈宁宁 丰宇龙 冯豪天 贺德幸 乔富康 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第1期326-340,共15页
带式输送机的故障监测有助于预防安全事故、提高生产效率以及实现设备智能化运行。从带式输送机常见故障分析、综合保护系统组成、光纤型传感器阵列设计与分析、核心敏感元件设计与选材等方面,对基于FBG传感器的带式输送机故障监测进行... 带式输送机的故障监测有助于预防安全事故、提高生产效率以及实现设备智能化运行。从带式输送机常见故障分析、综合保护系统组成、光纤型传感器阵列设计与分析、核心敏感元件设计与选材等方面,对基于FBG传感器的带式输送机故障监测进行了深入研究。首先针对传统监测手段无法定量感知、实时性不足、数据融合能力薄弱等问题,提出了一种基于光纤光栅(FBG)的带式输送机综合保护系统,明确了光纤型传感器阵列的设计是系统搭建的重要前提。其次,在分析带式输送机常见故障形成原因和表现形式的基础上,以FBG-等强度悬臂梁为核心敏感元件设计了一系列故障监测传感器,组成了带式输送机综合保护系统的光纤型传感器阵列,实现了故障的实时定量监测。接着,通过理论分析和Ansys有限元仿真,对FBG-等强度悬臂梁的尺寸结构设计和材料选择进行了深入研究,在传感模型中分析了灵敏度和精度的影响因素,并据此确定了敏感元件的结构尺寸,优选了尼龙6作为制作材料。最后,通过试验对FBG-等强度悬臂梁的结构有效性、灵敏度和稳定性进行了验证。在灵敏度试验中,敏感元件表现出良好的线性响应特性,理论灵敏度S=52.9780Nnm,实际灵敏度S^(*)=38.1157 Nnm;在重复性试验中,平均重复性误差仅为1.002%,表现出良好的重复性和稳定性;温度敏感性试验和温度补偿试验则验证了光纤光栅在温度测量中的线性相关性,从而进一步揭示了温度补偿对提升传感灵敏度的必要性,即便在微小温度变化环境下,补偿机制仍能有效提高灵敏度0.6%。所设计的光纤型传感器阵列解决了现有带式输送机运行故障无法实时定量感知的问题,为实现设备智能化感知与控制提供了坚实的数据基础。研究成果不仅能有效降低带式输送机故障率,提高生产效率,更推动了煤矿行业向自动化、智能化方向的发展。 展开更多
关键词 光纤光栅 等强度悬臂梁 温度补偿 光纤型传感器阵列 带式输送机综合保护
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铝涂覆层光纤前向受激布里渊散射对血液温度和声阻抗的监测
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作者 侯尚林 山航 +2 位作者 董洁 武刚 晏祖勇 《光学精密工程》 北大核心 2025年第10期1534-1549,共16页
本文基于铝涂覆层光纤中前向受激布里渊散射(Forward Stimulated Brillouin Scattering,FSBS)的温度和声阻抗的传感理论,探讨了涂层厚度对声学模式频率和线宽的影响,实现了温度和声阻抗的同步测量,提出了一种创新性、高灵敏度的血液中... 本文基于铝涂覆层光纤中前向受激布里渊散射(Forward Stimulated Brillouin Scattering,FSBS)的温度和声阻抗的传感理论,探讨了涂层厚度对声学模式频率和线宽的影响,实现了温度和声阻抗的同步测量,提出了一种创新性、高灵敏度的血液中疾病检测方法。研究结果表明径向声模R0,m的频率和线宽变化与温度、声阻抗呈线性关系;不同涂层厚度的光纤对温度和声阻抗的灵敏度各异,光纤涂层厚度为3µm和5µm时分别具有最高的线宽声阻抗灵敏度3.90 MHz/(kg·mm^(2)·s)和最高的频率温度灵敏度51.44 kHz/℃,温度和声阻抗的测量误差可低至0.015℃,0.033 kg/(mm^(2)·s)和0.008℃,0.027 kg/(mm^(2)·s);涂层厚度偏差在±0.5μm内,两种厚度涂层光纤的温度和声阻抗误差的变化范围分别是0.003~0.020℃,0.021~0.032 kg/(mm^(2)·s)和0.003~0.009℃,0.004~0.058 kg/(mm^(2)·s)。该传感系统可实现血液温度和声阻抗的实时监测,在检测区分血液的正常生理状态和多种病理状态(如高蛋白血症、贫血等)有着潜在应用价值,可为疾病早期诊断和精准医疗提供新的检测方法。 展开更多
关键词 前向受激布里渊散射 铝涂覆层光纤 温度和声阻抗传感 血液监测 疾病诊断
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电气设备局部放电检测技术述评:2015—2025
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作者 李军浩 韩旭涛 +4 位作者 王昊天 周阳 陈欢 郭若琛 司文荣 《高电压技术》 北大核心 2025年第7期3132-3158,共27页
局部放电作为电气设备绝缘劣化与故障发展的重要前兆,其检测与分析技术贯穿电气设备全生命周期,是评价绝缘状态最为关键的参量。近十年来,随着局部放电研究与实践的不断深入以及新兴技术的快速渗透,局部放电检测与分析技术实现了快速发... 局部放电作为电气设备绝缘劣化与故障发展的重要前兆,其检测与分析技术贯穿电气设备全生命周期,是评价绝缘状态最为关键的参量。近十年来,随着局部放电研究与实践的不断深入以及新兴技术的快速渗透,局部放电检测与分析技术实现了快速发展。该文从局部放电检测技术、定位方法与模式识别算法3个方面,系统综述了近十年来的重要研究成果。围绕局部放电检测中的误报漏报问题、现场缺陷模式识别准确性不足、局部放电动态诊断技术缺失、复杂工况下局放理论研究以及新型应用场景下检测与分析需求,深入讨论了当前研究与应用中存在的主要挑战。进一步提出,未来应加快多参量融合检测与新型传感技术的工程化应用,提升人工智能算法在实际现场缺陷识别中的实用性,加强局部放电动态诊断及复杂工况下局放演变机制研究,并拓展局放检测与分析技术在新兴场景下的应用。 展开更多
关键词 局部放电 检测技术 定位方法 诊断算法 多参量融合 光纤技术 人工智能 复杂工况
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BOTDR监测OPGW覆冰最小临界厚度试验方法
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作者 郝艳捧 毛典明 +3 位作者 成延庭 黄磊 查传洋 黄欢 《高电压技术》 北大核心 2025年第7期3191-3200,共10页
覆冰严重威胁光纤复合架空地线(optical fiber composite overhead ground wire,OPGW)安全运行,然而布里渊光时域反射仪(Brillouin optical time domain reflectometer,BOTDR)监测覆冰厚度的范围与感知模型尚未明晰。为此,该文提出了基... 覆冰严重威胁光纤复合架空地线(optical fiber composite overhead ground wire,OPGW)安全运行,然而布里渊光时域反射仪(Brillouin optical time domain reflectometer,BOTDR)监测覆冰厚度的范围与感知模型尚未明晰。为此,该文提出了基于BOTDR的OPGW自然覆冰最小临界传感厚度监测方法:当OPGW覆冰厚度较小时,假设布里渊频移只受温度影响,随着OPGW覆冰逐渐增长布里渊频移监测温度误差增大,布里渊频移监测温度超过判定区间时对应的覆冰厚度定义为最小临界传感厚度。在南方电网梅花山防冰减灾重点实验室搭建OPGW覆冰BOTDR监测系统验证了该方法的有效性,研究结果表明:BOTDR在OPGW自然覆冰条件下能监测到其最小临界传感厚度,试验中171 m孤立档OPGW最小临界传感厚度为11.61 mm;当覆冰厚度小于11.61 mm时,BOTDR布里渊频移仅能监测温度,布里渊频移监测温度与微气象终端监测温度最大差值为1.5℃,在本文试验用BOTDR的温度精度±2℃范围内,BOTDR不能感知小于最小临界传感厚度的轻度覆冰;当覆冰厚度大于11.61mm时,BOTDR布里渊张力频移与OPGW覆冰张力强线性相关,相关系数为0.99。该文研究为长距离OPGW覆冰BOTDR准确监测提供了理论依据。 展开更多
关键词 光纤复合架空地线(OPGW) 覆冰 布里渊光时域反射仪(BOTDR) 温度监测 张力监测
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光纤传感网络混合式入侵行为实时检测研究
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作者 陆思辰 王福军 《激光杂志》 北大核心 2025年第1期202-207,共6页
混合式入侵行为往往在一个或多个局部位置出现,且在时间上存在一定的聚集性,无法很好地捕捉其复杂特征,为此提出光纤传感网络混合式入侵行为实时检测方法。以平均过零率和短时能量作为指标对某段信号进行分割处理,减少不断累加的处理延... 混合式入侵行为往往在一个或多个局部位置出现,且在时间上存在一定的聚集性,无法很好地捕捉其复杂特征,为此提出光纤传感网络混合式入侵行为实时检测方法。以平均过零率和短时能量作为指标对某段信号进行分割处理,减少不断累加的处理延时,提取可能存在入侵行为的光纤传感信号。通过高阶谱分析、样本熵分析和奇异值分析进一步提取信号特征,构建并利用多层梯度下降法训练多个深度神经网络,将所提取的特征输入至对应深度神经网络中,经由Softmax函数输出混合式入侵行为检测结果,最后采用改进的DS证据理论关联融合各深度神经网络输出的检测结果,实现光纤传感网络混合式入侵行为实时检测。实验结果表明,所提方法入侵行为检测结果更准确、内存占用率和CPU使用率较低。 展开更多
关键词 光纤传感网络 混合式入侵行为 实时检测 深度神经网络 奇异值分解
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海洋环境下桥隧结构腐蚀监/检测技术进展
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作者 雷鹰 陈智光 +3 位作者 黄璜 林理文 王林燊 林毅标 《厦门大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期555-567,共13页
[背景]腐蚀是海洋环境下桥梁与隧道工程常见的失效破坏方式之一,对腐蚀状态的监/检测,有助于对桥隧结构的安全性能进行评估.[进展]本文对海洋环境下桥隧结构腐蚀监/检测常用的电化学方法和物理方法进行了总结,分析了各类方法的监/检测... [背景]腐蚀是海洋环境下桥梁与隧道工程常见的失效破坏方式之一,对腐蚀状态的监/检测,有助于对桥隧结构的安全性能进行评估.[进展]本文对海洋环境下桥隧结构腐蚀监/检测常用的电化学方法和物理方法进行了总结,分析了各类方法的监/检测原理、研究进展和应用.电化学方法主要有半电池电位法、线性极化法、电化学阻抗谱、混凝土电阻率法、宏电池电流法、电化学噪声和电化学多功能腐蚀传感器等.物理方法主要有电阻探针、声发射、超声检测、光纤传感监测、长标距光纤光栅传感腐蚀监测和基于计算机视觉与机器学习的腐蚀监测技术等.每种方法都有各自的适用范围和局限性.电化学方法根据周边混凝土环境中各参数的变化,间接地推断钢筋的腐蚀状况,一般给出腐蚀的定性信息.物理方法通过测定与钢筋腐蚀相关的物理特性变化,给出钢筋的腐蚀位置与程度,具有直接性与直观性.本文对平潭海峡大桥主桥墩进行腐蚀监测,采用了融合物理与电化学的监测方法,利用多功能电化学腐蚀探头实时监测6个电化学参数,根据参数的变化进行腐蚀预警;利用长标距光纤光栅传感技术监测宏应变,构建基于宏应变模态的腐蚀损伤指标,进行腐蚀定位与定量识别.物理与电化学方法融合互补,为平潭海峡大桥的腐蚀监测提供了技术保障.[展望]在复杂严酷的海洋环境下,对桥隧结构的腐蚀进行准确的监/检测还面临很多挑战.未来的研究方向应集中在:物理和电化学技术的综合应用;与计算机视觉、深度学习和机器学习算法等先进计算方法的协同结合;开发用于海洋环境下桥隧结构腐蚀评估的新型智能监/检测系统. 展开更多
关键词 腐蚀监/检测 电化学方法 物理方法 融合方法 多功能腐蚀传感 长标距光纤光栅传感
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基于圆环结构的灵敏度可调光纤光栅应变传感器 被引量:1
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作者 张媛媛 李瑞亚 +2 位作者 黄俊 魏莉 谭跃刚 《光通信技术》 北大核心 2025年第2期1-6,共6页
为了满足不同场合的应变测量需求,提出了一种基于圆环结构的灵敏度系数可调光纤光栅(FBG)应变传感器。通过调节弹性基片上圆环的几何参数来实现灵敏度的灵活调控,同时利用温度补偿FBG消除环境温度变化对测量结果的干扰。建立了传感器的... 为了满足不同场合的应变测量需求,提出了一种基于圆环结构的灵敏度系数可调光纤光栅(FBG)应变传感器。通过调节弹性基片上圆环的几何参数来实现灵敏度的灵活调控,同时利用温度补偿FBG消除环境温度变化对测量结果的干扰。建立了传感器的理论模型,并研制出一种减敏型FBG应变传感器,通过有限元仿真和实验验证了该传感器的测量性能。实验结果表明:该传感器在±3000με量程范围内的灵敏度为0.49 pm/με,线性相关系数达到0.99以上;同时,其重复性误差为0.68%,迟滞误差为2.96%,显示出良好的稳定性和可靠性。 展开更多
关键词 光纤传感 光纤光栅 应变传感器 灵敏度 温度补偿
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带涂覆层的长周期光纤光栅温度传感特性研究 被引量:1
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作者 黄川洋 程灿儿 +9 位作者 李松威 陈鸿东 张秋楠 张钊 邵来鹏 唐剑 王咏梅 郭奎奎 陆航林 胡君辉 《广西师范大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期35-42,共8页
本文从理论上分析了光纤涂覆层对长周期光纤光栅(long period fiber grating,LPFG)温度灵敏度的影响。根据数值分析法对有、无涂覆层的LPFG透射谱建立仿真模型,对LPFG进行温度传感的模式耦合过程进行分析。结果表明:包层模阶数越大,涂... 本文从理论上分析了光纤涂覆层对长周期光纤光栅(long period fiber grating,LPFG)温度灵敏度的影响。根据数值分析法对有、无涂覆层的LPFG透射谱建立仿真模型,对LPFG进行温度传感的模式耦合过程进行分析。结果表明:包层模阶数越大,涂覆层对不同包层模有效折射率的影响越大,进而推断出不同包层模耦合的LPFG谐振峰具有不同的温度灵敏度。仿真结果验证了带涂覆层LPFG中高阶包层模耦合的谐振峰对温度更敏感,具有0.977 nm/℃的高灵敏度,是普通LPFG的10倍左右。涂覆层的存在不仅能保护光纤、提高其机械强度,更重要的是,对于高阶包层模耦合出来的透射峰,涂覆层能够有效提高它的温度灵敏度。同时,该结果对保留涂覆层制备光栅以及聚合物涂覆栅型结构方面的实验研究具有一定的参考意义。 展开更多
关键词 长周期光纤光栅 温度特性 涂覆层 光纤传感
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高压输电杆塔风振光纤实时监测系统 被引量:1
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作者 罗啸宇 南颖刚 +4 位作者 梁永纯 谢文平 闵力 郭团 聂铭 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第2期127-133,共7页
中国沿海地区常常受到破坏性飓风和强烈季节性风的威胁,分布在该地区的高压输电杆塔可能因此遭受影响甚至损坏。在应对风振对高压输电塔的影响时,如何实时对输电杆塔进行监测是其中的关键一步。针对这一需求,提出了一种高灵敏度光纤传... 中国沿海地区常常受到破坏性飓风和强烈季节性风的威胁,分布在该地区的高压输电杆塔可能因此遭受影响甚至损坏。在应对风振对高压输电塔的影响时,如何实时对输电杆塔进行监测是其中的关键一步。针对这一需求,提出了一种高灵敏度光纤传感系统,光纤传感探头是通过将一根在纤芯中刻有倾斜光栅的细芯光纤同轴拼接到一根单模光纤上构成的。在风振发生时,通过两个光电探测器来分别实时监测光纤纤芯模式和包层模式的能量变化,利用包层模式的能量变化来探测风振频率和强度,利用纤芯模式能量变化作为参考量消除环境温度干扰及光源抖动影响。实验结果显示,该传感器在0.1~6.5 m/s2的加速度变化范围的线性度超98%。最后,将文中系统应用于南方电网公司的输电杆塔监测,验证了该光纤传感系统在实际应用中的可行性。 展开更多
关键词 风振监测 倾斜光栅 布拉格光栅 频率检测 光纤传感器 高压输电杆塔
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加热参数对主动加热光纤法土体含水率标定结果的影响
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作者 辛雨凌 孙梦雅 +5 位作者 施斌 刘瑾 井淼 李筱艳 刘洁 郭君仪 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期1091-1101,共11页
近年来,基于主动加热光纤(actively heated fiber-optic,AHFO)法的土体含水率测量技术因具有独特优势而得到快速发展,但现有研究忽视了加热参数对该技术的影响。为此,本文通过室内试验探究加热参数(加热功率和加热时间)对AHFO含水率测... 近年来,基于主动加热光纤(actively heated fiber-optic,AHFO)法的土体含水率测量技术因具有独特优势而得到快速发展,但现有研究忽视了加热参数对该技术的影响。为此,本文通过室内试验探究加热参数(加热功率和加热时间)对AHFO含水率测量结果的影响,首先,开展了不同加热参数下温度特征值(T_(t))与含水率(w)的标定试验和影响范围半径试验;其次,分析了加热参数下对T_(t)-w标定结果以及影响范围半径的影响;最后,讨论并确定了最优加热参数。研究结果表明:T_(t)随着加热功率和加热时间增大而升高;加热功率越大,T_(t)-w曲线的斜率越大,即T_(t)对含水率变化的响应越灵敏;加热范围随着加热功率和加热时间增大而逐渐扩大。综合考虑含水率测量的灵敏性、稳定性、代表性、温度影响和测量频率等因素,确定了最优加热参数,当含水率测量频率较低或对其测量精度要求较高时,建议加热功率取35 W/m、加热时间取20 min;当含水率测量频率较高时,建议加热功率取10 W/m、加热时间取10 min。 展开更多
关键词 土体含水率 主动加热光纤(AHFO)法 加热参数 标定试验 温度特征值
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太空工作环境中基于有限元法的宇航光纤温度仿真研究
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作者 徐昊 顾庆昌 +1 位作者 杨洪伦 高泽仁 《光通信技术》 北大核心 2025年第2期95-99,共5页
为了评估和预测能量传输型宇航石英光纤在太空工作环境(SWE)中的工作性能,对其温度变化情况进行了研究。采用有限元法,设计了宇航光纤热仿真模型,用于分析不同初始温度、多工作循环状态及各运行阶段的宇航石英光纤温度变化,并结合一般... 为了评估和预测能量传输型宇航石英光纤在太空工作环境(SWE)中的工作性能,对其温度变化情况进行了研究。采用有限元法,设计了宇航光纤热仿真模型,用于分析不同初始温度、多工作循环状态及各运行阶段的宇航石英光纤温度变化,并结合一般和特殊2种工作条件,提出了“运行-冷却”交替的宇航光纤工作模式。实验结果表明:采用不同工作模式,宇航光纤在运行过程中的最高等效温度可降低18.85℃,平均等效温度可降低18.61℃,显著提升了宇航光纤的稳定性和可靠性。 展开更多
关键词 有限元法 热辐射 石英光纤 光能传输 温度分析
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基于G-S混合编码的分布式单模光纤测温方法研究
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作者 李昭旭 王宇 +3 位作者 郭欣明 刘昕 白清 靳宝全 《电子测量与仪器学报》 北大核心 2025年第1期244-252,共9页
为了减少分布式单模光纤温度传感系统的测温误差,文中提出了一种基于Golay-Simplex混合编码的单模光纤温度测量方法。首先将4路G码进行S码变换实现了12路G-S混合编码调制,再依次对12路编码输出信号进行S码解码处理与G码解码处理,并采用... 为了减少分布式单模光纤温度传感系统的测温误差,文中提出了一种基于Golay-Simplex混合编码的单模光纤温度测量方法。首先将4路G码进行S码变换实现了12路G-S混合编码调制,再依次对12路编码输出信号进行S码解码处理与G码解码处理,并采用累加平均与小波变换进行了测温曲线降噪,验证了G-S混合编码的编码增益为G码与S码的编码增益乘积。对比实验结果表明,在30 km单模光纤长度、50 ns脉宽与64 bit编码长度的条件下,G-S混合编码测温系统的反斯托克斯信号幅值曲线波动范围较小,且在整个光纤长度内信噪比较大,信噪比高于Golay码编码测温系统和单脉冲测温系统。G-S混合编码的稳态测温误差可从单脉冲系统的±7.3℃优化至±2.5℃,优于Golay编码分布式拉曼光纤测温系统的测温误差±3.9℃。而空间分辨率可保持为5 m,证明了G-S混合编码在长距离单模光纤测温方面的有效性,有望为水利大坝渗漏温变等基础设施状态的融合感知提供有效的技术解决方案。 展开更多
关键词 光纤温度传感 拉曼光时域反射 脉冲编码 G-S混合编码 测温误差
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OVMD-MF算法用于漏电流光纤传感
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作者 吴健华 张晓锋 陈亮 《国防科技大学学报》 北大核心 2025年第1期181-189,共9页
针对船舶电力网络漏电流光纤传感测量响应度低、测量能力弱等问题,提出了一种基于最优变分模态分解与形态学滤波组合的降噪方法,以提升微弱电流测量能力。以希尔伯特谱熵为适应度函数,利用捕食者优化算法搜寻分解模式数及二次惩罚因子... 针对船舶电力网络漏电流光纤传感测量响应度低、测量能力弱等问题,提出了一种基于最优变分模态分解与形态学滤波组合的降噪方法,以提升微弱电流测量能力。以希尔伯特谱熵为适应度函数,利用捕食者优化算法搜寻分解模式数及二次惩罚因子的最优组合,并完成变分模态分解获取本征模态函数分量。设置相关系数阈值确定有效模态函数分量,完成信号重构。以信噪比为适应度函数,通过捕食者优化算法确定形态学滤波的结构因子及比例系数,对重构后的信号进行时域降噪处理,实现对漏电流信号进一步降噪。通过仿真分析以及实验验证,确定该方法相对于现有的滤波方法,改善了信号的信噪比,降低了最小均方误差,泄漏电流的分辨力可提升至3mA。 展开更多
关键词 漏电流检测 全光纤电流传感器 变分模态分解 捕食者优化算法 形态学滤波
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基于S型微纳光纤的声带振动传感器及语音智能识别研究
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作者 王智君 黄嵊釉 +5 位作者 李昆 杨杨 陈复旦 罗彬彬 吴德操 邹雪 《光子学报》 北大核心 2025年第5期21-32,共12页
使用聚二甲基硅氧烷作为传感器衬底嵌入直径为4μm,弯曲半径为1 mm的S型微纳光纤,研制了一种可穿戴的声带语音识别柔性传感器。该传感器通过人体发声时声带产生振动引起传感器的光强度变化将其转变为电信号的变化从而可以实现声带振动... 使用聚二甲基硅氧烷作为传感器衬底嵌入直径为4μm,弯曲半径为1 mm的S型微纳光纤,研制了一种可穿戴的声带语音识别柔性传感器。该传感器通过人体发声时声带产生振动引起传感器的光强度变化将其转变为电信号的变化从而可以实现声带振动信号的识别。利用目标检测算法模型对26个英文字母的识别率为96.8%,对日常词汇的识别率为97.75%,凸显了传感器在语音识别方面的普适性。该传感器具有制作简便,快速振动响应(222 ms)、可重复性且稳定性好等特点,在医疗领域和健康监测中具有潜在的应用价值。 展开更多
关键词 微纳光纤 声带振动 语音识别 目标检测算法 可穿戴传感器
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