高干扰环境下基于分布式光纤声波传感的微弱语音信号检测

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作者 张晨思 王茂宁 +5 位作者 钟羽中 张建伟 刘严才 闫海卫 王伟 晏世伟 《工程科学与技术》 北大核心 2025年第2期29-39,共11页

分布式光纤声波传感器(DAS)可用于隧道塌陷事故中的人员搜救、人声信号定位。但在基于DAS的语音活动检测(VAD)中,使用户外采集的真实数据进行语音提取面临着以下问题:受限于嘈杂的现场环境和有限的采集信号方式,收集到的语音易被复杂强... 分布式光纤声波传感器(DAS)可用于隧道塌陷事故中的人员搜救、人声信号定位。但在基于DAS的语音活动检测(VAD)中,使用户外采集的真实数据进行语音提取面临着以下问题:受限于嘈杂的现场环境和有限的采集信号方式,收集到的语音易被复杂强噪声干扰,无法获得干净的语音数据用于监督训练。为了解决上述问题,本文提出一种基于短期自相关特征的算法(ST-ACF)进行语音活动检测,结合了音高信息和自相关函数检测语音帧的相关谐波特征,使得算法在极低信噪比(小于-10 dB)的DAS环境下仍能提取所有有效人声。ST-ACF算法包括预去噪阶段和语音检测阶段。在预去噪阶段,基于对语音音高信息周期性的研究,设计双通道时间窗口,对两类典型噪声进行预去噪。在语音检测阶段,提出一种改进式自相关函数,考虑特征值和变化幅度两个维度,通过其乘积最大化语音和噪音之间的距离,提高了算法对临界数据的处理能力。算法改进后能得到与特征出现频率匹配的最佳频谱窗口,可利用其寻找局部谐波,并通过分析局部谐波区分语音和非语音。实验使用DAS真实数据和NOISEX-92数据集中的6类噪声,采用指标误帧率对算法进行评估。结果表明,ST-ACF在高能噪声环境中表现优异,误帧率仅为19.74%,相较于基线算法提升了5.91%;同时,在DAS数据集上,ST-ACF也表现出最佳性能。总体而言,通过时间窗口和自相关函数的改进,ST-ACF在处理DAS语音数据时表现出色,对不同噪声环境都具有良好的检测性能,展现出应用于多种复杂场景的潜力,拓展了基于分布式光纤语音信号处理方向的研究。 展开更多

关键词 分布式光纤声波传感 语音端点检测 低信噪比 音高信息 自相关函数

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基于分布式光纤声波传感技术的管道泄漏探测应用 被引量：1

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作者 冼峰 《净水技术》 CAS 2024年第8期154-159,共6页

文章介绍了分布式光纤声波传感(distributed fiber optic acoustic sensing,DAS)技术的工作原理及其在管道泄漏检测中的应用。DAS系统通过光纤中背向瑞利散射光的变化来检测光纤上沿途感知到的声波信息,再结合光时域反射技术获取外部扰... 文章介绍了分布式光纤声波传感(distributed fiber optic acoustic sensing,DAS)技术的工作原理及其在管道泄漏检测中的应用。DAS系统通过光纤中背向瑞利散射光的变化来检测光纤上沿途感知到的声波信息,再结合光时域反射技术获取外部扰动事件所处的位置,从而通过检测和分析背向散射的光信号,提取外界扰动对应的位置和相位。文章搭建了一套试验系统,通过试验检测了DAS运用于管道泄漏探测的可靠性。试验表明,DAS技术可以检测并识别不同位置和类型的泄漏事件。为了进一步提高泄漏检测效果,文章设计了一种分析方法,通过数据预处理、特征提取、事件检测和泄漏识别与分类,实现了对泄漏事件的精准识别和定位,并提高了其在泄漏检测中的灵敏度和实时性。该方法结合DAS的技术特点,可以在长距离和大范围内提供高效、可靠的泄漏监测。 展开更多

关键词 分布式光纤声波传感(DAS) 泄漏检测 瑞利散射 频谱分析 光纤光学

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基于分布式声波光纤传感技术的岩土勘察方法研究

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作者 洪成雨 周子平 +3 位作者 娄在明 郭震 谭俊卿 苏栋 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第1期171-178,共8页

为解决城市地铁盾构穿越不良地质勘探时的范围大、精细化困难等问题,依托惠深城际铁路工程,采用分布式声波光纤传感(distributed acoustic sensor,DAS)技术开展城市地下不良地质体大范围、高精度勘探方法研究。首先,研究背景噪声扩展空... 为解决城市地铁盾构穿越不良地质勘探时的范围大、精细化困难等问题,依托惠深城际铁路工程,采用分布式声波光纤传感(distributed acoustic sensor,DAS)技术开展城市地下不良地质体大范围、高精度勘探方法研究。首先,研究背景噪声扩展空间自相关(extended spatial auto correlation,ESPAC)法对地下岩土体信息的反演成像理论方法,通过建立声波光纤动应变与地下剪切波速度场的关联性反演地下岩土体信息及赋存溶洞的位置与规模;然后,结合现场钻孔勘探与电磁波扫描获取的岩土体信息进行系统的对比验证。研究表明:DAS-ESPAC法清晰反演了地下40 m深范围内剪切波速场的分布特征,基于剪切波速场分布进一步反演了地下岩土体分层、类型、规模及空间分布,探明了粉质黏土与灰岩的分界界面,对于溶洞规模与分布反演误差达到1 m级,相关的勘探信息与钻探详勘数据、补勘数据、地球物理勘探数据吻合较好。 展开更多

关键词 分布式声波光纤传感技术 扩展空间自相关法 盾构隧道 地质勘察 地层信息 溶洞

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基于螺旋缠绕光纤的分布式声波传感三分量信号采集机理研究 被引量：5

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作者 曹丹平 律军军 +2 位作者 孙上饶 马国旗 尹教建 《石油物探》 CSCD 北大核心 2022年第1期60-69,共10页

常规分布式光纤声波传感(DAS)技术利用光纤对轴向应变敏感的特点开展单分量信号采集,在开展三分量振动信号采集时,通常需要对光纤进行螺旋缠绕布置。在采用不同的角度进行缠绕时,光纤的轴向位置必然不同,导致光纤对X,Y,Z 3个方向的振动... 常规分布式光纤声波传感(DAS)技术利用光纤对轴向应变敏感的特点开展单分量信号采集,在开展三分量振动信号采集时,通常需要对光纤进行螺旋缠绕布置。在采用不同的角度进行缠绕时,光纤的轴向位置必然不同,导致光纤对X,Y,Z 3个方向的振动信号具有不同的敏感性。针对上述问题,通过建立单根螺旋缠绕光纤的数学模型,确定了光纤轴向应变的影响因素,推导了螺旋光纤轴向应变与光纤所在位置处3个方向真实应变之间的数学映射关系,定量分析了不同缠绕角度、不同旋转角度条件下三分量振动信号对光纤轴向应变的影响,并采用波动方程模拟的三分量数字信号对螺旋光纤轴向应变所接收到的等效信号进行了验证。分析结果表明,螺旋光纤在轴向方向上采集到的信号强度取决于X,Y,Z三分量信号自身的强度、光纤缠绕角度以及缠绕过程中光纤各点的相对空间位置,随着缠绕角度的增大,螺旋光纤对沿缠绕轴方向的地震波信号敏感性增强,对垂直于缠绕轴方向的信号敏感性减弱,垂直于缠绕轴方向的两个分量地震波信号在数值上呈现出周期性和互补性变化规律,为利用螺旋缠绕光纤开展分布式声波传感三分量振动信号的采集提供了理论基础。 展开更多

关键词 分布式光纤声波传感 三分量振动信号 螺旋缠绕光纤 轴向应变 缠绕角度

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水平井分布式光纤微地震资料处理与应用

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作者 陈浩 《断块油气田》 北大核心 2025年第3期463-469,共7页

分布式光纤声波传感(DAS)技术作为一种新型监测手段,在水力压裂中得到了应用。它不仅可以监测流体分布和裂缝扩展,还能检测大量微地震事件。DAS微地震数据具有单分量、波场复杂、信噪比低、数据量大等特点,因此在压裂监测中未能得到有... 分布式光纤声波传感(DAS)技术作为一种新型监测手段,在水力压裂中得到了应用。它不仅可以监测流体分布和裂缝扩展,还能检测大量微地震事件。DAS微地震数据具有单分量、波场复杂、信噪比低、数据量大等特点,因此在压裂监测中未能得到有效利用。结合实际工区的数据分析,文中提出了DAS微地震数据的针对性预处理、事件识别和适用于水平井的事件定位方法,实现了数据的全流程处理,并与同步采集的井中检波器微地震事件从波形、频谱、数量、定位精度等方面进行了对比分析。试验结果表明:DAS微地震数据的事件数量远大于检波器微地震事件,处理后的事件质量与检波器数据质量相当;少数全井段DAS微地震事件定位可靠性要高于检波器微地震事件,证明了DAS技术在水平井压裂微地震监测中的可行性和实用性,为下一步研究如何有效利用大量非全井段的DAS微地震事件奠定了基础。 展开更多

关键词 分布式光纤声波传感 检波器 微地震 处理 定位

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分布式光纤压裂监测技术研究及应用

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作者 王立歆 路智勇 +3 位作者 杨心超 陈占国 杨小慧 程磊磊 《断块油气田》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1039-1046,共8页

随着页岩油气等非常规油气勘探开发走向深层以及日趋精细化,微地震等传统压裂监测手段愈发无法满足压裂效果评价的精度要求。作为分布式光纤传感(DFOS)技术的最新研究进展,分布式光纤声波传感(DAS)近年来成为国内外压裂监测方向的研究... 随着页岩油气等非常规油气勘探开发走向深层以及日趋精细化,微地震等传统压裂监测手段愈发无法满足压裂效果评价的精度要求。作为分布式光纤传感(DFOS)技术的最新研究进展,分布式光纤声波传感(DAS)近年来成为国内外压裂监测方向的研究热点。文中介绍了井下光缆布设、光缆深度标定、DAS信号处理、压裂期间DAS响应提取和解释的方法,并结合涪陵地区某页岩气井组的套管外光纤压裂监测实例,展示了DAS技术给非常规油气水力压裂监测带来的新视角和新认识,为我国压裂监测新技术的发展和推广应用提供参考。 展开更多

关键词 水力压裂 分布式光纤声波传感 压裂监测 页岩油气

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光纤传感技术在输电线路故障检测中的应用

7

作者 孙艳 《通信电源技术》 2024年第22期232-234,共3页

随着电力系统的不断发展,传统的故障检测方法已难以满足日益复杂的输电线路监测需求。光纤传感技术凭借其独特的优势,为输电线路故障检测提供了新的解决方案。文章介绍了光纤传感技术的基本原理及其在输电线路监测中的应用优势,详细分... 随着电力系统的不断发展,传统的故障检测方法已难以满足日益复杂的输电线路监测需求。光纤传感技术凭借其独特的优势,为输电线路故障检测提供了新的解决方案。文章介绍了光纤传感技术的基本原理及其在输电线路监测中的应用优势,详细分析了基于分布式光纤温度传感(Distributed fiber Temperature Sensing,DTS)和分布式光纤声波传感(Distributed fiber Acoustic Sensing,DAS)的故障检测方法。通过实际案例研究,验证了光纤传感技术在输电线路故障检测中的有效性和实用性。此外,探讨了该技术面临的挑战和未来发展方向。 展开更多

关键词 光纤传感技术 输电线路 故障检测 分布式光纤温度传感(DTS) 分布式光纤声波传感(DAS)

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基于ICEEMDAN和小波阈值的Φ-OTDR信号去噪算法

8

作者 师雪玮 徐大林 刘志成 《指挥控制与仿真》 2024年第1期78-84,共7页

针对分布式光纤声波传感系统信号信噪比较低的问题,提出了一种改进的自适应噪声完全集成经验模态分解方法。改进方法利用样本熵和小波阈值去噪算法,从高噪声分量中提取有效成分。通过改进的自适应噪声完全集成经验模态分解(ICEEMDAN,Int... 针对分布式光纤声波传感系统信号信噪比较低的问题,提出了一种改进的自适应噪声完全集成经验模态分解方法。改进方法利用样本熵和小波阈值去噪算法,从高噪声分量中提取有效成分。通过改进的自适应噪声完全集成经验模态分解(ICEEMDAN,Intrinsic Computing Expressive Empirical Mode Decomposition With Adaptive Noise)对实际采集的信号进行分解,计算样本熵,将其中的含噪分量进行小波阈值去噪,最后与未处理的信号分量进行重构。实验结果表明,对实采的信号进行降噪处理后,信噪比提高了5.34 dB,均方误差降低了0.0148,波形互相关系数提高了5.7%。与其他常用的去噪方法相比,该方法不仅在信噪比方面表现更优秀,而且在均方误差和波形互相关系数方面也具有更好的性能,能够更好地保留有用信号。 展开更多

关键词 分布式光纤声波传感系统 改进自适应噪声完全集成经验模态分解 样本熵 小波阈值去噪

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DAS技术在井中地震勘探的应用 被引量：25

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作者 李彦鹏 李飞 +3 位作者 李建国 金其虎 刘聪伟 吴俊军 《石油物探》 EI CSCD 北大核心 2020年第2期242-249,共8页

分布式光纤声波传感技术(distributed acoustic sensing,DAS)是利用光纤本身作为传感器进行信号采集的一项新兴技术,在国外井中地震勘探的应用发展迅速。为了验证DAS在井中地震勘探应用的适用性,结合DAS在井中地震采集应用实例,简述了DA... 分布式光纤声波传感技术(distributed acoustic sensing,DAS)是利用光纤本身作为传感器进行信号采集的一项新兴技术,在国外井中地震勘探的应用发展迅速。为了验证DAS在井中地震勘探应用的适用性,结合DAS在井中地震采集应用实例,简述了DAS技术原理及其在井中地震勘探的实施方法,对比了DAS与常规检波器、可控震源与炸药震源不同激发方式、套管内与套管外不同布设方式的采集资料;以可控震源采集资料为例分析了DAS与常规检波器采集资料直达波振幅衰减规律、不同入射角直达波振幅响应、频谱、子波波形的差异;指出了DAS与常规检波器Z分量采集资料具有较好的一致性,可以部分替代常规检波器Z分量的采集工作;通过对比套管内悬置和套管外水泥固井两种不同光纤布设方式采集资料的直达波振幅响应,认为固井光缆具有与地层更好的耦合效果,同时不易受到井筒内因素的干扰。随着DAS技术的不断进步,凭借其高密度、全井段和高效施工等优点,DAS的应用将逐步拓展到石油勘探的更多领域。 展开更多

关键词 分布式光纤声波传感 VSP井中地震 采集 固井光纤 振幅响应 对比分析

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DAS-VSP采集处理方法研究及应用 被引量：5

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作者 赵霏 吴鹏 +5 位作者 王渝 陈沅忠 安树杰 余刚 桑运云 张振权 《石油物探》 CSCD 北大核心 2022年第1期100-111,共12页

分布式光纤声波传感技术(DAS)是通过解调光信号背向瑞利散射相位变化表征地震信号的一种新型信号采集技术,其在井中采集具有一次性覆盖全井段和测量高密度的特点,施工效率和数据的一致性大幅提高,因此受到广泛关注。以光纤在井中地震的... 分布式光纤声波传感技术(DAS)是通过解调光信号背向瑞利散射相位变化表征地震信号的一种新型信号采集技术,其在井中采集具有一次性覆盖全井段和测量高密度的特点,施工效率和数据的一致性大幅提高,因此受到广泛关注。以光纤在井中地震的实际应用为例,讨论了影响DAS采集资料信噪比和分辨率的光信号解调因素和采集因素,提出了一种在无检波器定位情况下校正DAS深度位置的解决思路,利用时间方向求导和反演耦合干扰减去法提高了DAS-VSP采集资料的上行波信噪比和全波场高频成分。基于预处理后的高密度DAS-VSP数据,提取了层速度、各向异性参数用于深度域井控各向异性偏移,通过井控各向异性叠前深度偏移,使偏移成像频带拓宽约20Hz,主要目的层井震误差小于0.15%,展现了高密度DAS数据在井中地震中良好的应用前景。 展开更多

关键词 分布式光纤声波传感 时间方向求导 深度定位 耦合干扰 井控各向异性叠前深度偏移

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DAS井地联合勘探实例分析——以长庆油田环县三维井地联采为例 被引量：4

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作者 李彦鹏 刘学刚 +4 位作者 王大兴 吴俊军 王艳华 陈策 李飞 《石油物探》 CSCD 北大核心 2022年第1期112-121,共10页

光纤分布式声波传感(DAS)技术因其耐高温高压和高密度全井段采集等技术优势使得井地联合勘探技术更加高效,在井驱参数提取及井旁成像等方面具有广泛的应用前景,但目前该技术面临记录数据的信噪比偏低、单分量数据波场分离困难、地面激... 光纤分布式声波传感(DAS)技术因其耐高温高压和高密度全井段采集等技术优势使得井地联合勘探技术更加高效,在井驱参数提取及井旁成像等方面具有广泛的应用前景,但目前该技术面临记录数据的信噪比偏低、单分量数据波场分离困难、地面激发点稀疏造成照明不均匀和成像质量欠佳等技术难题。为此,系统分析了长庆油田珠60井的套管外DAS-VSP井地联采数据的采集质量及对处理结果的影响、DAS单分量波场特征及反射波分离、井驱参数提取、井地联合多次波分析、3D-VSP成像的技术优势和不足等,形成了高效初至拾取及井驱参数提取、单分量保真波场分离、扩展面元VSP CDP成像等一系列技术成果,提出了下一步的研究重点是将高密度优势转化为高信噪比,进一步提高波场分离保真度,并在处理中尽可能克服激发点稀疏的影响,以实现3D-VSP的精确成像,最终实现井地联合成像,这些结果对于今后的DAS井地联合勘探具有非常积极的指导意义。 展开更多

关键词 光纤分布式声波传感 井地联采 井地联合处理 VSP 波场分离 扩展面元

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