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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
1
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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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
2
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 分布式光纤声波传感 约束映射
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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)
3
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 矢量传感 光纤声波传感 分布式声波传感 螺旋缠绕光缆
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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)
4
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 分布式光纤传感 布里渊散射 信噪比
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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
5
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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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
6
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 分布式光纤传感技术 拉曼散射 温度解调 长传感距离
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面向分布式光纤传感的光调频连续波生成技术(特邀)
7
作者 张乔峰 谢玮霖 +6 位作者 赵志远 刘兆珩 王亚鹏 杨强 王聪凡 郑祥 董毅 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第4期86-104,共19页
光频域反射技术是一种具有代表性的分布式光纤传感技术,其具有长距离、高分辨、高精度、抗电磁干扰等特点,可在连续时空上实现各类参量的测量和传感,在诸多应用领域展现出具有吸引力的潜力。该技术的核心与影响其性能的关键在于高相干... 光频域反射技术是一种具有代表性的分布式光纤传感技术,其具有长距离、高分辨、高精度、抗电磁干扰等特点,可在连续时空上实现各类参量的测量和传感,在诸多应用领域展现出具有吸引力的潜力。该技术的核心与影响其性能的关键在于高相干、低相噪、高线性、宽扫频范围的线性扫频光调频连续波的生成。当前,以直接调制或外部调制为主的线性扫频光调频连续波生成方法主要面临宽扫频范围和高相干性、低相频噪声难以兼得的难题。聚焦于线性扫频光调频连续波生成技术,从光频域反射技术的典型结构和工作原理出发,分析了扫频范围、相频噪声和扫频非线性等因素对核心测量性能的影响。针对以上影响因素,以扫频范围拓展以及相频噪声抑制和相干性增强两方面为切入点,系统性地介绍了相关技术路线、原理和国内外研究进展。其中,对光锁相环技术做了重点介绍,总结了各类技术路线和方法的特点,并对潜在挑战和发展趋势进行了总结与展望。 展开更多
关键词 分布式光纤传感 光调频连续波 光频域反射 激光雷达 光锁相环
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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)
8
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 布里渊分布式光纤传感 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
9
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 分布式光纤油敏传感器 漏油传感 三元乙丙橡胶 BOTDA
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分布式光纤地震传感技术在被动源成像中的应用(特邀)
10
作者 王松 宋政宏 张丽娜 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第4期254-268,共15页
分布式光纤地震传感技术(Distributed Fiber-optic Seismic Sensing,DFSS)是一种新兴的地震观测手段,以高空间分辨率、耐受极端环境、且具备实时监测能力及较低运维成本,在城市、深井、冰冻圈和海洋等环境中展现出独特优势。结合国内外... 分布式光纤地震传感技术(Distributed Fiber-optic Seismic Sensing,DFSS)是一种新兴的地震观测手段,以高空间分辨率、耐受极端环境、且具备实时监测能力及较低运维成本,在城市、深井、冰冻圈和海洋等环境中展现出独特优势。结合国内外典型研究实例,回顾DFSS被动源成像的发展历程,重点论述其在防灾减灾、资源勘探以及环境监测等研究方向中的最新应用与进展。防灾减灾方面,DFSS利用通讯光缆开展高密度被动源地震数据采集,实现了高分辨率的浅层结构成像,实现盲断层探测与场地效应评估,服务防震减灾。资源勘探方面,DFSS广泛用于深井监测,为油气和地热资源开发提供原位连续监测能力。在环境监测领域,DFS S在冰冻圈、海洋监测中提供了高时空分辨率的原位观测数据。除此之外,DFSS在多参数结构成像、动态结构成像以及行星科学研究中表现出巨大的潜力,是未来重要发展方向。 展开更多
关键词 分布式光纤地震传感技术 地震被动源 地震背景噪声 噪声互相关函数
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基于分布式光纤传感的输电线路覆冰预警研究
11
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 分布式光纤传感 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
12
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 分布式光纤传感技术 耦合性能 应变传递机制 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
13
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 分布式光纤传感 布里渊光时域分析技术
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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
14
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 分布式光纤地震传感 冰层 挠曲重力波 冰厚 杨氏模量
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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
15
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 光纤传感器 分布式光纤声学传感 掩码自编码器 水域安防 深度学习
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基于超弱光纤光栅的分布式应变传感光缆研究
16
作者 黄江楼 贺云睿 +2 位作者 王晓龙 高杰 罗志会 《传感器与微系统》 北大核心 2025年第7期14-18,23,共6页
针对超弱光纤光栅(UW-FBG)传感器阵列线性化封装时存在传递效率低、存在应变死区、易啁啾等问题,提出了一种基于玻璃纤维增强树脂(FRP)的分布式应变传感光缆。理论分析UW-FBG的分布式应变传感原理,建立了层绞式FRP光缆的应变传递模型,... 针对超弱光纤光栅(UW-FBG)传感器阵列线性化封装时存在传递效率低、存在应变死区、易啁啾等问题,提出了一种基于玻璃纤维增强树脂(FRP)的分布式应变传感光缆。理论分析UW-FBG的分布式应变传感原理,建立了层绞式FRP光缆的应变传递模型,仿真分析了光纤/FRP-钢索-护套结构的应变传递效率。将0.2 m间距的UW-FBG阵列预处理后,与玻璃纤维热拉挤制作成直径1.0 mm的FRP传感光纤,经钢索加捻后,挤压护套成型。对光缆的温度特性、拉伸特性进行了标定,并制作混凝土试件进行静压测试。结果表明:该光缆的温度灵敏度为22.3 pm/℃,应变灵敏度1.1 pm/10^(-6),应变线性误差小于1.4%,重复性误差小于2.2%,空间分辨率可以达到0.2 m,拉伸-压缩应变无“死区”,为分布式应变传感提供了极具潜力的解决方案。 展开更多
关键词 超弱光纤光栅 分布式应变传感光缆 应变特性 玻璃纤维加强筋
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光纤点式分布式多传感信号重构方法研究
17
作者 常海龙 张丕状 《传感技术学报》 北大核心 2025年第5期864-870,共7页
由于点式光纤传感器节点分布较为随机,存在强噪声干扰,导致重构效果不好。为此,提出一种光纤点式分布式多传感信号重构方法。基于多维函数稀疏表示的剪切波变换策略,实现信号二维稀疏化表示和压缩,去除信号中的强背景噪声。将去噪处理... 由于点式光纤传感器节点分布较为随机,存在强噪声干扰,导致重构效果不好。为此,提出一种光纤点式分布式多传感信号重构方法。基于多维函数稀疏表示的剪切波变换策略,实现信号二维稀疏化表示和压缩,去除信号中的强背景噪声。将去噪处理后的信号局部状态估计结果传输到中心节点,进行局部的状态估计,并使用平均一致性策略取得信号的局部信息量,推断出信号的全局信息量,得到信号全局状态估计结果,实现分布式多传感信号重构。结果表明,所提方法可较为完整地呈现了初始信号的时间信息与频率信息,拟合度在0.96以上,均方根误差均值在0.004 W/m^(2)以下,平均峰值信噪比值为38.74 dB,平均重构时间仅为10.52 s,能有效去除大部分干扰噪声,快速完成多传感信号的重构。 展开更多
关键词 点式分布式光纤传感器 多传感信号 稀疏化表示与压缩 平均一致性策略 信号重构
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分布式光纤传感技术在水力压裂中的研究进展 被引量：4
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作者 卢聪 李秋月 郭建春 《油气藏评价与开发》 CSCD 北大核心 2024年第4期618-628,共11页
分布式光纤传感技术作为最新的水力压裂监测技术,应用于各大油田的水力压裂过程中,并且能够实现实时监测,已取得了显著的应用效果。为使业界进一步了解不同类型传感技术的基本原理、理论模型研究进展、现场应用情况,从分布式光纤温度传... 分布式光纤传感技术作为最新的水力压裂监测技术,应用于各大油田的水力压裂过程中,并且能够实现实时监测,已取得了显著的应用效果。为使业界进一步了解不同类型传感技术的基本原理、理论模型研究进展、现场应用情况,从分布式光纤温度传感技术和声波传感技术在水力压裂过程中的监测基本原理出发,系统总结了各类传感技术的理论模型研究进展和在产液剖面、裂缝扩展形态监测等方面的应用现状,最后提出了未来分布式光纤传感技术的发展方向。研究结果表明:①分布式光纤传感技术可以利用温度或者声波信号转换得到周围环境温度或应变的变化情况,从而实现水力压裂过程中的实时监测;②与分布式光纤声波传感技术相比,温度传感技术的相关理论模型相对较为成熟,能够实现产液剖面及裂缝形态的相关计算;③分布式光纤传感技术主要用于水力压裂过程中压裂液的注入、裂缝扩展等方面的监测。结论认为:分布式光纤传感技术可以有效地推动中国非常规储层的勘探和开发,同时提高水力压裂效果评价技术水平,这对中国油气行业的可持续发展具有重要推动作用。 展开更多
关键词 分布式光纤传感技术 温度传感技术 声波传感技术 水力压裂监测 产液剖面 裂缝扩展
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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 分布式光纤传感 光时域反射 振动监测 动态范围 虚拟噪声
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基于混沌激光脉冲簇的拉曼分布式光纤传感技术 (特邀) 被引量：2
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作者 程姿嘉 李健 +3 位作者 范卜文 张炜怡 薛晓辉 张明江 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第10期19-29,共11页
提出一种基于混沌激光脉冲簇的拉曼分布式光纤传感方案理论模型。该模型利用混沌脉冲簇激光代替传统脉冲激光作为拉曼分布式光纤传感系统的探测信号,采用延时自差分联合时域相关峰判别技术,剥离出传感光纤温度突变区域内混沌拉曼散射信... 提出一种基于混沌激光脉冲簇的拉曼分布式光纤传感方案理论模型。该模型利用混沌脉冲簇激光代替传统脉冲激光作为拉曼分布式光纤传感系统的探测信号,采用延时自差分联合时域相关峰判别技术,剥离出传感光纤温度突变区域内混沌拉曼散射信号的光强信息,实现对温度突变区域的精准定位和识别。该方案通过利用混沌脉冲簇探测信号增强混沌参考信号与混沌拉曼散射信号的相关性,可有效抑制系统噪声。此外,该方法也可通过提高耦合光通量来提升系统信噪比,从而解决混沌单脉冲激光拉曼分布式光纤传感系统信噪比较低、传感距离较短的技术瓶颈。利用数值模拟仿真探究了混沌激光脉冲簇中的脉冲个数对系统传感性能(动态范围、信噪比、传感空间分辨率及温度敏感性)的影响,并分析了在混沌激光脉冲簇拉曼分布式光纤传感系统中性能最优值的脉冲个数,可实现15 km传感距离和10 cm空间分辨率的分布式温度传感。 展开更多
关键词 分布式光纤传感技术 混沌激光 拉曼散射 高空间分辨率 长传感距离
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