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光缆结构对马赫-曾德尔分布式光纤振动传感系统性能影响
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作者 沙洲 桂婕 +1 位作者 封皓 芮小博 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2025年第7期726-739,共14页
光缆是马赫-曾德尔分布式光纤振动传感系统的重要组成部分,其结构对系统的传感性能有很大影响.实验选择了玻璃纤维增强塑料(GFRP)单芯光缆、螺旋铠装光缆、钢丝铠装光缆、层绞式复合光缆4种具有典型结构的光缆,设计了9种光缆结构组合,... 光缆是马赫-曾德尔分布式光纤振动传感系统的重要组成部分,其结构对系统的传感性能有很大影响.实验选择了玻璃纤维增强塑料(GFRP)单芯光缆、螺旋铠装光缆、钢丝铠装光缆、层绞式复合光缆4种具有典型结构的光缆,设计了9种光缆结构组合,研究了各组合对单频稳态振动和宽频瞬态振动的响应特性,分析了系统信噪比随振源频率和振幅的变化趋势,比较了不同的光缆结构组合在相同振动激励下的响应差异.通过数值模拟为每种光缆建立模型,仿真得到光缆受到外界信号作用时的截面应力分布和光纤内部应力变化曲线.研究结果表明,光缆结构不同的组合比光缆结构相同的组合具有更高的灵敏度;所有光缆组合对振动信号的频率响应没有显著差异,且均表现出较高的信噪比;在幅值响应方面,双钢丝铠装光缆组合与振动信号的振幅间呈现良好的线性关系,双GFRP单芯光缆组合、双层绞式复合光缆紧套光纤组合较差,其他组合则没有线性关系;注油光纤可以衰减高频信号,有一定的高频滤波功能;螺旋铠装光缆在大振幅信号下更容易产生噪声.研究结果可为实际工程中马赫-曾德尔分布式光纤振动传感系统的光缆选型提供参考. 展开更多
关键词 光纤 光缆结构 马赫-曾德尔干涉仪 振动
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基于虚拟噪声电平的分布式光纤振动传感系统性能优化
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作者 王子豪 冯玉祥 +1 位作者 刘志凯 吕立冬 《光学精密工程》 北大核心 2025年第12期1842-1852,共11页
分布式光纤振动传感系统通常采用相对强度比值法进行事件识别和定位,该算法忽略了噪声电平对系统动态范围的影响,从而制约系统定位精度和动态范围的提升。本文研究在保证系统定位精度条件下噪声电平的大小与系统动态范围的关系,在光时... 分布式光纤振动传感系统通常采用相对强度比值法进行事件识别和定位,该算法忽略了噪声电平对系统动态范围的影响,从而制约系统定位精度和动态范围的提升。本文研究在保证系统定位精度条件下噪声电平的大小与系统动态范围的关系,在光时域反射信号中加入与信号近零幅值均值电压相关的虚拟噪声电平,提出一种基于虚拟噪声电平的系统性能优化算法。实验搭建了相位敏感光时域反射系统,采用50 ns的激光脉冲,在长约15 km的被测光纤上进行振动事件定位测试,基于虚拟噪声电平优化算法,将原始的光时域反射数据减去噪声电平,再分别加入幅值为信号近零幅值均值的25%,50%,75%,100%,125%,150%,175%和200%的虚拟噪声电平,最终确定系统动态范围和振动信号信噪比总体最优时的虚拟噪声电平,即噪声电平的幅值约为信号近零幅值均值的75%,与传统的相对强度比值法比较,系统的动态范围提升了11.26 dB,虚拟噪声电平的引入通过降低幅值近零位置的灵敏度从而提升系统的性能。 展开更多
关键词 分布式光纤 光时域反射 振动监测 动态范围 虚拟噪声
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分布式光纤振动传感系统中数据采集及信号处理系统设计 被引量:5
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作者 李彩华 滕云田 李小军 《地震工程与工程振动》 CSCD 北大核心 2012年第1期161-167,共7页
本文主要介绍了一套分布式光纤振动传感系统中的数据采集及信号处理系统,该系统设计采用高性能的运算放大电路完成光电信号调理,以高精度差动模数转换器AD9246完成模数转换工作,并选用高性能FPGA作为核心逻辑控制器,并以低功耗的OMAP-L... 本文主要介绍了一套分布式光纤振动传感系统中的数据采集及信号处理系统,该系统设计采用高性能的运算放大电路完成光电信号调理,以高精度差动模数转换器AD9246完成模数转换工作,并选用高性能FPGA作为核心逻辑控制器,并以低功耗的OMAP-L137作为CPU负责振动数据计算、网络通讯等工作,从而使该-OTDR分布式光纤振动传感系统测量范围扩展到25 km范围。本文通过计算相邻测点振动增量方法检测是否发生了振动入侵,提高了分布式光纤振动入侵检测的灵敏度。该设计方法提高分布式光纤振动传感系统的信噪比,使得该系统振动检测灵敏度提高、抗干扰能力增强,因此该分布式光纤振动传感系统可以用于实际工程的振动监控。 展开更多
关键词 分布式光纤振动传感系统 模数转换 信噪比 振动入侵
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φ-OTDR全分布式光纤振动传感系统的车辆识别方法改进 被引量:6
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作者 熊显名 崔向良 《激光杂志》 北大核心 2018年第6期70-73,共4页
相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)全分布式光纤振动传感系统,在对车辆信号识别过程中所采用的幅度差分法存在着识别率低的问题。为了克服这一问题,将车辆识别方法改进为基于BP神经网络的识别算法。该算法首先利用φ-OTDR系统采集瑞利后... 相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)全分布式光纤振动传感系统,在对车辆信号识别过程中所采用的幅度差分法存在着识别率低的问题。为了克服这一问题,将车辆识别方法改进为基于BP神经网络的识别算法。该算法首先利用φ-OTDR系统采集瑞利后向散射光信号,从中提取出车辆振动信号,然后通过主成分分析法(PCA)对振动信号进行降维和特征提取,最后利用BP神经网络模型对高速公路上的车辆进行识别。实验结果表明:利用BP神经网络算法对车辆进行识别,识别率可以达到98.33%。 展开更多
关键词 分布式光纤振动传感系统 Φ-OTDR BP神经网络 幅度差分法
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分布式光纤振动传感系统的多级零频点定位研究 被引量:6
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作者 王宇 吴瑞东 +3 位作者 王东 谭晋隆 刘昕 靳宝全 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第5期655-659,共5页
为了减少直线结构Sagnac分布式光纤传感系统的定位误差,提出一种多级零频点的优化方法,通过分析直线结构Sagnac分布式光纤传感定位原理,确定固定的采样速率下离散化是造成定位误差大的原因。并分析得出振动信号频域曲线会周期出现多个... 为了减少直线结构Sagnac分布式光纤传感系统的定位误差,提出一种多级零频点的优化方法,通过分析直线结构Sagnac分布式光纤传感定位原理,确定固定的采样速率下离散化是造成定位误差大的原因。并分析得出振动信号频域曲线会周期出现多个零频点,进而对振动定位的多级零频点优化方法进行了理论推导,阐明高倍零频点下的定位误差会有效减小。通过实验验证表明,在总长为11.769 km的传感光纤上,优化后的定位方法在不改变采样速率下可保证定位误差提升到±20 m范围内,可以基本满足系统对外界振动信号进行精确定位的要求。 展开更多
关键词 光纤 SAGNAC 振动检测 零频点
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分布式光纤振动传感系统大传感数据流时间周期压缩与传送技术 被引量:6
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作者 黄新锐 王广祯 +4 位作者 侍海峰 王烁 叶红亮 潘超 孙小菡 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第10期1442-1447,共6页
针对分布式光纤振动传感系统的大传感数据流,提出一种时间周期压缩与传送技术,采用扰动脉冲特征值提取模块对扰动脉冲特征值进行同步提取,并将无关数据剔除,大大压缩了数据量;同时为了便于数据区分,采用复用的方法对特征值进行编码与成... 针对分布式光纤振动传感系统的大传感数据流,提出一种时间周期压缩与传送技术,采用扰动脉冲特征值提取模块对扰动脉冲特征值进行同步提取,并将无关数据剔除,大大压缩了数据量;同时为了便于数据区分,采用复用的方法对特征值进行编码与成帧。实验结果表明,本文提出的数据压缩与传送方法能够有效的获取外界扰动事件的位置和强度信息,且当同一时间仅有一处扰动事件发生的情况下,本文的数据压缩率仅为0.96‰。相比于传统的数据传送方法,本文大大减少了传输的数据量,减轻了通信接口和上位机软件的负担,系统的传感灵敏度和响应速度都得到显著提高。 展开更多
关键词 分布式光纤振动 数据压缩 数据编码与成帧 现场可编程门阵列
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一种基于相干光时域反射的分布式光纤振动传感系统研制 被引量:8
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作者 邹捷 王宇 +4 位作者 张建国 刘昕 白清 王东 靳宝全 《中国测试》 CAS 北大核心 2019年第6期114-120,152,共8页
针对基于相干光时域反射的分布式光纤振动传感系统中数据量庞大,且需要信号发生器外部驱动,集成度低的缺点,利用现场可编程逻辑门阵列实现传感数据的高速采集与声光调制器的同步驱动,采用USB 3.0实现采集模块与上位机的实时数据传输。... 针对基于相干光时域反射的分布式光纤振动传感系统中数据量庞大,且需要信号发生器外部驱动,集成度低的缺点,利用现场可编程逻辑门阵列实现传感数据的高速采集与声光调制器的同步驱动,采用USB 3.0实现采集模块与上位机的实时数据传输。搭建一种基于相干光时域反射的分布式光纤振动传感系统,利用本地光与后向瑞利散射光的拍频效应,实现对微弱后向瑞利散射光信号的探测,并提高系统的传感距离。采用正交相位解调方法获取振动信号的位置信息。实验结果表明:该系统可在22km传感光纤上对振动信号进行有效定位,定位误差在20m以内,且系统对正弦波和方波等不同形态的振动信号定位效果一致。 展开更多
关键词 光纤 振动检测 相干光时域反射 后向瑞利散射光
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基于MEEMD-HHT的分布式光纤振动传感系统信号特征提取方法 被引量:19
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作者 于淼 张耀鲁 +1 位作者 徐泽辰 何禹潼 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第7期200-211,共12页
实际应用中,分布式光纤振动传感系统所测信号多为非平稳随机信号,对其进行模式识别的关键是准确获取信号的幅值-时间-频率瞬时特征。现有的相关研究表明,经验模态分解EMD方法结合希尔伯特变换可获得所测信号中固有模态分量的瞬时能量和... 实际应用中,分布式光纤振动传感系统所测信号多为非平稳随机信号,对其进行模式识别的关键是准确获取信号的幅值-时间-频率瞬时特征。现有的相关研究表明,经验模态分解EMD方法结合希尔伯特变换可获得所测信号中固有模态分量的瞬时能量和瞬时频率,但存在模态混叠问题,后续改进的总体经验模态分解EEMD方法存在伪分量,重构误差大,互补经验模态分解CEEMD方法减小了重构误差的同时增加了运算量,无法保证特征提取与分类的效率与准确性。文中基于改进型经验模态分解方法结合希尔伯特变换MEEMD-HHT方法实现分布式光纤振动传感系统的特征提取,引入的排列熵的评价机制优化了分解过程中随机噪声迭代次数,通过仿真分析与实验对比,验证了该方法可有效解决上述方法中存在的问题,使系统在处理时间、特征准确度等性能皆有提高。实验结果表明,所提出的方法对于单频振动信号平均特征提取准确率达99.2%;对于混频振动信号平均特征提取准确率达98.1%,相对于EMD和CEEMD分别提高15.6%和7%,算法平均耗时最短,为3.825 9 s,为分布式光纤振动传感系统的信号特征提取提供了一种可靠、高效的方法。 展开更多
关键词 分布式光纤振动 MEEMD HILBERT变换 振动信号特征提取
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基于衰落掩码自编码器的分布式光纤声学传感系统用于水域航行安防事件识别
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作者 于淼 何禹潼 +7 位作者 常天英 崔洪亮 党随虎 夏良平 刘黎明 易子川 潘新建 高庆国 《光子学报》 北大核心 2025年第1期29-42,共14页
提出了一种基于衰落掩码自编码器的分布式光纤声学传感系统水域行船安防事件识别算法。结合衰落原理判断衰落位置,使用改进的衰落掩码策略让掩码自编码器模型学习到更多正确的信号特征,从而更有效地完成事件识别。开展水域实验,采集行... 提出了一种基于衰落掩码自编码器的分布式光纤声学传感系统水域行船安防事件识别算法。结合衰落原理判断衰落位置,使用改进的衰落掩码策略让掩码自编码器模型学习到更多正确的信号特征,从而更有效地完成事件识别。开展水域实验,采集行船安防事件数据,将所提方法与掩码自编码器以及其他模型进行比较。结果表明,衰落掩码自编码器的平均训练准确率为98.34%,比掩码自编码器的增加了4.9%;平均测试准确率为93.01%,比掩码自编码器的增加了6.45%。与其他3种模型相比,衰落掩码自编码器具有更高的训练精度和更快的收敛速度,平均性能指标高出约4.88%~7.62%。结合衰落判别的衰落掩码自编码器模型在稳定性、训练效率和识别准确率方面更具优势,且具有更好的泛化性,适用于水域行船安防事件的识别。 展开更多
关键词 光纤 分布式光纤声学 掩码自编码器 水域安防 深度学习
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布里渊相移-增益比分布式光纤传感研究进展(特邀)
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作者 李宗雷 何海军 +3 位作者 周银 邹喜华 潘炜 闫连山 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第4期49-63,共15页
布里渊光纤传感器利用布里渊频移与光纤的温度及应变之间的线性关系实现分布式温度及应变传感。布里渊相移-增益比技术通过布里渊频移与布里渊相移-增益比之间的线性关系直接映射布里渊频移,相比于常规的扫频拟合方法可大幅度降低扫频... 布里渊光纤传感器利用布里渊频移与光纤的温度及应变之间的线性关系实现分布式温度及应变传感。布里渊相移-增益比技术通过布里渊频移与布里渊相移-增益比之间的线性关系直接映射布里渊频移,相比于常规的扫频拟合方法可大幅度降低扫频次数和原始数据量,进而提升传感器实时性。布里渊相移-增益比技术的实施需要借助相干探测技术同时获得布里渊增益和相移,更高的增益及相移测量精度可以获得更高的传感精度。首先,回顾了过去十余年相干探测技术在实现高精度布里渊增益及相移测量方面的进展,包括光纤群速度色散抑制、光纤群时延波动消除、以及信号源幅度和相位噪声消除等。进一步,阐述了布里渊相移-增益比技术的主要优势,这些技术优势不仅提升了布里渊光纤传感的精度及可靠性,还大幅提升了测量速度。基于这些进展,布里渊相移-增益比技术为大型基础设施温度、应力应变的高精度实时监测提供了新途径,有望推动布里渊分布式光纤传感技术在各领域的实际应用。 展开更多
关键词 布里渊分布式光纤 布里渊相移-增益比 边沿辅助技术 相干探测
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三元乙丙橡胶基底分布式光纤布里渊散射漏油传感器的研究
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作者 尉婷 吴冰冰 +2 位作者 刘颖刚 罗俊 罗小东 《传感技术学报》 北大核心 2025年第2期368-372,共5页
研制了一种基于BOTDA技术的三元乙丙橡胶基底的分布式光纤布里渊散射油敏传感器,可在分钟量级精准检测并定位小规模漏油事件,灵敏度高,可重复使用。将三元乙丙橡胶(EPDM)基底的油敏传感器沿模拟输油管线下方油槽内铺设,用布里渊光时域... 研制了一种基于BOTDA技术的三元乙丙橡胶基底的分布式光纤布里渊散射油敏传感器,可在分钟量级精准检测并定位小规模漏油事件,灵敏度高,可重复使用。将三元乙丙橡胶(EPDM)基底的油敏传感器沿模拟输油管线下方油槽内铺设,用布里渊光时域分析仪(BOTDA)实时监测浸油后传感光纤中布里渊散射频移,测试数据表明布里渊散射频率随时间响应灵敏度为2.5 MHz/min,可在2 min内发现并定位漏油事件,空间分辨率为1 m,漏油传感器可重复使用。实验证明该油敏传感器在长距离输油管线、油库等需长期分布式实时漏油监测的应用具有可行性。 展开更多
关键词 光纤布里渊散射 分布式光纤油敏 漏油 三元乙丙橡胶 BOTDA
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基于分布式光纤传感的输电线路覆冰预警研究
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作者 王帅 徐钦云 林胜海 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期481-487,共7页
为实现输电线路覆冰状态的定量监测,采用理论建模和模拟实验的方法,基于布里渊散射原理和悬垂线缆的力学分析,推导布里渊频移和覆冰厚度的关系,并通过模拟实验验证该关系的准确性。研究结果表明,覆冰厚度和布里渊频移呈单调递增关系,在... 为实现输电线路覆冰状态的定量监测,采用理论建模和模拟实验的方法,基于布里渊散射原理和悬垂线缆的力学分析,推导布里渊频移和覆冰厚度的关系,并通过模拟实验验证该关系的准确性。研究结果表明,覆冰厚度和布里渊频移呈单调递增关系,在实验条件下,覆冰厚度测量误差为12.48%,覆冰预警的应变阈值区间为1.5×10^(-3)ε~2.0×10^(-3)ε,直接观测输电线路的应变值可简化覆冰预警流程。研究结论可为分布式光纤传感技术在输电线路覆冰监测的工程应用提供参考。 展开更多
关键词 输电线路 分布式光纤 布里渊光时域反射仪 光纤应变 覆冰预警 布里渊频移 定量监测
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分布式光纤传感器在大体积混凝土筏板基础中的耦合性能研究
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作者 侯公羽 张世欧 +3 位作者 崔迪 陈宏波 毕立原 尚宇豪 《岩土力学》 北大核心 2025年第4期1310-1322,共13页
大量的岩土工程例如大体积混凝土结构需要分布式的裂缝监测,光纤监测技术可以实现分布式监测。为了探究分布式光纤与大体积混凝土的耦合性能,开展了理论分析、数值模拟和室内试验研究,并在大体积混凝土筏板基础中进行了应用。结果表明:... 大量的岩土工程例如大体积混凝土结构需要分布式的裂缝监测,光纤监测技术可以实现分布式监测。为了探究分布式光纤与大体积混凝土的耦合性能,开展了理论分析、数值模拟和室内试验研究,并在大体积混凝土筏板基础中进行了应用。结果表明:基于剪切滑移理论建立的光纤在受压状态下的应变传递模型能够实现对光纤应变传递效率的精确量化,并采用数值模拟验证了该模型的准确性和可靠性。通过对钢筋混凝土梁采用不同的光纤布置方法,并进行三分点分级加载试验,研究了不同布置方式下光纤与混凝土的耦合性能,结果显示沿箍筋垂直方向布设光纤与混凝土具有更好的耦合效果。大体积混凝土筏板基础的现场光纤监测应用研究表明,光纤传感器与大体积混凝土结构具有良好的耦合性能,准确监测到了筏板基础浇筑后各关键区域的应变演化过程与规律。研究成果为分布式光纤技术监测岩土工程结构的变形提供了理论基础和关键技术。 展开更多
关键词 分布式光纤技术 耦合性能 应变递机制 大体积混凝土筏板基础应变监测
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基于带状光纤分布式传感的变压器绕组轴向与辐向形变区分及程度检测 被引量:1
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作者 李东阳 刘云鹏 +3 位作者 范晓舟 李欢 黎晏霖 刘海琳 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第2期803-812,I0034,共11页
为对变压器绕组形变状态有更清晰的感知,需要对绕组轴向及辐向形变进行同时检测。该文首先分析绕组弯曲时的应变分布规律,并提出应变向量的概念及绕组轴向与辐向应变解耦方法。随后,在35 kV连续式绕组模型上布置带状光纤并搭建试验平台... 为对变压器绕组形变状态有更清晰的感知,需要对绕组轴向及辐向形变进行同时检测。该文首先分析绕组弯曲时的应变分布规律,并提出应变向量的概念及绕组轴向与辐向应变解耦方法。随后,在35 kV连续式绕组模型上布置带状光纤并搭建试验平台,借助布里渊光时域分析技术以进行应变分布式传感,完成对绕组形变的轴向、辐向区分测量,应变向量相对误差在7.5%以内。最后,得出绕组轴向、辐向挠度都与带状光纤平均应变满足二次函数关系,拟合系数R^(2)>0.99,并利用该关系预测绕组的变形程度,误差小于5%。该文方法不仅能单独检测轴向或辐向形变,也能在同时发生两种形变时分别得出轴向和辐向形变;可以解决绕组轴向形变无法有效传感及变形程度难以定量判断的难题,为变压器绕组形变的检测提供新的方案。 展开更多
关键词 变压器 绕组形变 轴向与辐向应变解耦 分布式光纤 布里渊光时域分析技术
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分布式光纤声波传感技术优化煤层气水力压裂微震震源定位 被引量:1
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作者 华豪 程冰洁 +3 位作者 徐天吉 严震乾 高波 何成 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第2期191-204,共14页
【目的】为了达到安全且高效的压裂效果,通常需要对储层压裂过程实现及时、准确的微地震监测,用于分析和评估压裂效果。【方法】通过在煤层气储层钻井的套管外永久式地布置光纤,实现了基于分布式光纤声波传感技术(distributed optical f... 【目的】为了达到安全且高效的压裂效果,通常需要对储层压裂过程实现及时、准确的微地震监测,用于分析和评估压裂效果。【方法】通过在煤层气储层钻井的套管外永久式地布置光纤,实现了基于分布式光纤声波传感技术(distributed optical fiber acoustic sensing,DAS)进行全井段、宽方位、高密度煤层水力压裂改造过程微振动的实时监测,并进一步提出了一种基于波形走时信息和震源约束映射算法的微震源定位新方法。首先,通过计算光纤采集数据中道间相似系数识别有效微震事件。其次,根据P波和S波波形顶点获得在光纤中的入射位置,并采用长短时差能量比法获取波形走时差用于确定微震事件距光纤的空间距离。最后,结合入射光纤位置和震源距监测光纤距离进行震源约束映射定位。【结果和结论】结果表明:光纤采集过程中,DAS对于地震波具有很强的方向敏感性。表现为对0°入射角的P波敏感,对90°入射角的P波则基本不敏感;对45°入射角的S波敏感,但对90°入射角的S波不敏感。在噪声强度一致的情况下,基于不同标距长度的波场采样效果显著性顺序为:1 m>10 m>100 m,在噪声强度为300%时,1 m空间采样数据仍能展现出相对连续的波形特征,明显突出50 Hz的震源子波。预测缝网展布走向以NNW-SSE为主,与区域最大主应力方向一致,平台内大部分压裂缝网预测误差在10 m内。在四川盆地川南煤田M井田的应用实践进一步表明,基于约束定位算法得到的预测结果与实验验证结果一致,能够有效指示煤储层压裂缝网区域,对致密、低孔渗油气藏开采效率的提升具有重要意义。 展开更多
关键词 煤层气 水力压裂 微震监测 震源定位 分布式光纤声波 约束映射
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布里渊分布式光纤传感技术性能评估与优化研究进展(特邀)
16
作者 靳思梦 杨智生 +3 位作者 王晴 陆一锋 洪小斌 伍剑 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第4期190-214,共25页
布里渊光时域分析仪(Brillouin Optical Time-Domain Analyzer,BOTDA)和布里渊光时域反射计(Brillouin Optical Time-Domain Reflectometer,BOTDR)是分布式布里渊光纤传感技术的两大核心技术,基于布里渊散射效应对外界物理量(如温度和应... 布里渊光时域分析仪(Brillouin Optical Time-Domain Analyzer,BOTDA)和布里渊光时域反射计(Brillouin Optical Time-Domain Reflectometer,BOTDR)是分布式布里渊光纤传感技术的两大核心技术,基于布里渊散射效应对外界物理量(如温度和应变)进行高精度的分布式监测,近年来在结构健康监测、环境监测、油气管道检测以及地质灾害预警等领域得到了广泛的应用。信噪比是最终决定BOTDA/R系统综合传感性能的关键参数,对系统信噪比的全面分析是优化系统综合性能的基石。文中研究旨在系统性地综述BOTDA/R系统中的信噪比表现与优化方法,基于已有的信噪比模型,梳理并总结了影响系统信噪比性能的主要参数及其相应的优化极限,如泵浦脉冲峰值功率、探测光功率、本振光功率等,并探讨了对探测和采集的要求以及后处理方法的优化方案。通过建立一套系统性的优化框架,为经典BOTDA/R系统的极限性能的实现提供了理论指导,也为更先进的传感方案(如基于光脉冲编码的传感系统)的分析与优化奠定了基础。 展开更多
关键词 光纤光学 分布式光纤 布里渊散射 信噪比
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椭圆缠绕式分布式光纤矢量声波传感器技术研究(特邀)
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作者 范存政 石正宣 +4 位作者 陶禹然 金晗宇 李豪 闫志君 孙琪真 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第4期269-278,共10页
声波传感是一种非接触式的环境探测手段,可应用于地下环境、水下环境探测等多个领域。矢量声波传感技术具有同步共点测量声压和质点振速信息的特性,具有更好的探测性能,逐渐成为了声波传感的热点发展方向。现有矢量声波传感器存在组网困... 声波传感是一种非接触式的环境探测手段,可应用于地下环境、水下环境探测等多个领域。矢量声波传感技术具有同步共点测量声压和质点振速信息的特性,具有更好的探测性能,逐渐成为了声波传感的热点发展方向。现有矢量声波传感器存在组网困难,无法大规模布设的瓶颈,无法满足大范围监测需求。针对该问题,提出了基于椭圆缠绕式光纤矢量声波传感技术,利用不同光纤缠绕角度的方向响应差异性实现不同入射方向声波信号的解耦,实现矢量声波探测。具体来说,基于不同的缠绕角度会改变光缆方向响应的特点,设计了具有周期性多缠绕角椭圆缠绕结构的矢量传感光缆,基于空间匹配的矢量声波解调算法,每个传感单元可利用方向响应的差异性实现矢量声波解耦。为了验证方案可靠性,设计并制备了三缠绕角的矢量传感单元,探测结果表明特定缠绕角度的螺旋结构具有高稳定性的方向响应及高线性的声波响应能力,可实现均方根误差为3.8°的声波入射角监测及误差小于0.15 Pa的矢量声波探测能力。上述研究证明了该方案的可行性,未来可为水下安全监测、油井资源勘探等多个领域提供分布式矢量声波数据,为深地深海探测提供技术支持。 展开更多
关键词 矢量 光纤声波 分布式声波 螺旋缠绕光缆
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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 语音端点检测 低信噪比 音高信息 自相关函数
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利用分布式光纤地震传感数据反演冰层参数 被引量:2
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作者 谢军 曾祥方 +5 位作者 倪四道 储日升 梁超 迟本鑫 包丰 宋政宏 《地球物理学报》 北大核心 2025年第1期153-163,共11页
冰层的厚度及其强度是冰上运动、运输、工程建设以及全球变化研究的关键参数.利用冰层中传播的地震波信号研究冰层参数是一种高精度非侵入式方法,且能够持续地对冰川进行监测研究.然而冰川环境复杂,传统节点式地震仪的密集架设和观测较... 冰层的厚度及其强度是冰上运动、运输、工程建设以及全球变化研究的关键参数.利用冰层中传播的地震波信号研究冰层参数是一种高精度非侵入式方法,且能够持续地对冰川进行监测研究.然而冰川环境复杂,传统节点式地震仪的密集架设和观测较为困难.近年来,分布式光纤地震传感技术被发现在冰川环境下的地震观测中具有适用性高的优势.本研究利用分布式光纤传感在甘肃张掖一个冰湖面上观测到了纵波和挠曲重力波信号,并分别提取了到时和频散曲线.挠曲重力波主要受控于冰层厚度,其次是杨氏模量.我们探讨了利用挠曲重力波反演冰层厚度的可行性,提出了基于特征函数的误差函数,并发展了联合两种数据的蒙特卡罗非线性反演方法,同时反演冰层厚度和杨氏模量.利用上述方法反演得到的冰厚为0.49±0.02 m,冰层杨氏模量为8.70±0.15 GPa,表明该冰层强度较大.本文基于分布式光纤传感观测的冰层参数反演方法可应用于冰架、工程建设、冰上运动中的冰层物理参数测定研究. 展开更多
关键词 分布式光纤地震 冰层 挠曲重力波 冰厚 杨氏模量
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面向长距离拉曼分布式光纤传感的强自相关性脉冲编码技术分析(特邀) 被引量:1
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作者 张帆 李健 +3 位作者 李璐磊 曹康怡 薛晓辉 张明江 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第4期279-286,共8页
提出一种基于强自相关性脉冲编码的长距离拉曼分布式光纤传感技术,该技术将基于格雷互补序列调制的脉冲激光作为拉曼分布式光纤传感系统的探测信号,同时通过傅里叶变换对后向散射信号进行解析与重构,用于恢复格雷互补序列信号被掺铒光... 提出一种基于强自相关性脉冲编码的长距离拉曼分布式光纤传感技术,该技术将基于格雷互补序列调制的脉冲激光作为拉曼分布式光纤传感系统的探测信号,同时通过傅里叶变换对后向散射信号进行解析与重构,用于恢复格雷互补序列信号被掺铒光纤放大器所破坏的自相关性,最终实现对温度探测区域的精准识别和定位。该方案增强了格雷互补序列与探测信号的相关性,可以有效解调出传感光纤沿线的分布式温度信息,有效抑制系统噪声,将散射信号在传感光纤100 k m位置处的信噪比提升了10.29 dB,从而解决传统单脉冲拉曼分布式光纤传感技术散射信号信噪比较低导致传感距离较短的瓶颈。最终在数值模拟中实现了100 km传感距离、1 m空间分辨率和4.12℃温度分辨率的分布式温度传感。 展开更多
关键词 分布式光纤技术 拉曼散射 温度解调 距离
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