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双煤层重复采动下覆岩运移−裂隙演化的光频域反射响应机制研究
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作者 程详 姜亚楠 +4 位作者 周江 赵光明 王坤 汪安宏 韩广辉 《工矿自动化》 北大核心 2025年第10期16-25,共10页
目前光频域反射(OFDR)技术在多煤层应力监测中取得一定进展,但针对双煤层重复采动场景,采用OFDR技术对覆岩裂隙动态演化的研究仍较少。以中煤新集能源股份有限公司新集一矿360608工作面为工程背景,通过布设水平与垂直光纤网络,结合OFDR... 目前光频域反射(OFDR)技术在多煤层应力监测中取得一定进展,但针对双煤层重复采动场景,采用OFDR技术对覆岩裂隙动态演化的研究仍较少。以中煤新集能源股份有限公司新集一矿360608工作面为工程背景,通过布设水平与垂直光纤网络,结合OFDR技术,分析6−1煤层在8煤层已采与未采区域的覆岩变形光纤响应差异,揭示上煤层已采区域与未采区域对下煤层回采覆岩破坏特征的作用机理。研究结果表明:①上行8煤层回采完毕覆岩裂隙呈“不规则梯形”状态,切眼侧垮落角为48°,终采线侧垮落角为36°,裂隙发育高度为32.5 cm。②8煤层未采区域,6−1煤层开采时覆岩呈典型“砌体梁”结构演化,裂隙发育高度为53 cm,光纤应变变化平缓(峰值≤55.5με)。③8煤层已采区域,重复采动导致覆岩结构弱化,裂隙发育高度增至76.25 cm(较未采区增加23.25 cm),光纤应变剧烈波动(峰值达9987με),关键层破断诱发“阶梯式”裂隙贯通,煤壁侧裂隙发育高度及应变增幅均显著大于切眼侧。④现场监测8煤层未采状态裂隙发育高度约53 m,与相似模拟结果一致。研究证实上煤层采空区通过应力转移与结构弱化,使下煤层裂隙发育高度提升43.9%,应变量级增大3~5倍,为多煤层安全开采及灾害防控提供理论依据。 展开更多
关键词 近距离双煤层下行开采 双煤层重复采动 光频域反射技术 覆岩运移 裂隙演化 上煤层已采区域 上煤层未采区域 下煤层回采
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基于反射系数的电缆故障定位及评估优化算法 被引量:2
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作者 金琰 胡钰骁 +3 位作者 石超群 何光华 王昱力 徐阳 《高电压技术》 北大核心 2025年第5期2436-2446,共11页
频域反射法(frequency domain reflection,FDR)对阻抗变化微弱的缺陷或故障具有良好的检测与定位能力,在电缆故障诊断领域得到了广泛的应用,然而近年来现场经验表明该方法尚不能解决判断故障类型与严重程度的问题。针对以上问题,该文基... 频域反射法(frequency domain reflection,FDR)对阻抗变化微弱的缺陷或故障具有良好的检测与定位能力,在电缆故障诊断领域得到了广泛的应用,然而近年来现场经验表明该方法尚不能解决判断故障类型与严重程度的问题。针对以上问题,该文基于频域-空间域积分变换,提出了一种提升电缆故障定位能力,评估故障类型与严重程度的优化算法。首先利用光孤子在光纤通信等领域中的良好自维持性,向电缆频域反射信息中调制其频谱信息,其次定义衰减算子对频谱信息及积分核函数进行衰减补偿,设置Chebyshev窗函数削弱待测频谱低频成分。该方法在保证高检测灵敏度及定位精度的同时实现了电缆异常处阻抗不匹配类型的判别,根据定位曲线中反射信息的幅值进一步评估其故障严重程度。研究在10 kV电缆模拟线路中进行了不同失配程度的感性、容性故障及中间接头的仿真验证;分别对同轴电缆、10 kV电缆实验线路及已投运的5 km 110 kV电缆线路进行实测,结果表明其定位精度误差<2%,能够准确判断故障类型并评估其严重程度。 展开更多
关键词 电缆故障定位 频域反射 光孤子 衰减补偿 状态评估
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一种局部受激布里渊光时域反射系统最优探测距离自动识别方法 被引量:1
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作者 陈奕 高波 +7 位作者 付林林 王笑微 朱海军 刘江涛 钟振涛 李拥政 郭林峰 徐小敏 《光子学报》 北大核心 2025年第3期43-56,共14页
工程使用中的分布式传感光缆的长度、种类和状态,以及布里渊光时域反射系统中光源器件的线宽、功率等参数都会影响受激布里渊散射阈值的大小,如何在各种不同的状态对应的受激阈值条件下,最大程度发挥系统检测性能,是紧凑型中低成本布里... 工程使用中的分布式传感光缆的长度、种类和状态,以及布里渊光时域反射系统中光源器件的线宽、功率等参数都会影响受激布里渊散射阈值的大小,如何在各种不同的状态对应的受激阈值条件下,最大程度发挥系统检测性能,是紧凑型中低成本布里渊光时域反射系统在工程应用中值得研究的问题。提出一种基于短时傅里叶变换的自动识别光纤沿线受激布里渊散射的光电路解调方案以及信号处理方法,以确定局部受激布里渊光时域反射系统最优传感距离。在实验中,对2000 m的光纤进行测量,设置脉冲宽度为20 ns,使用20 kHz的脉冲频率,识别到受激布里渊散射位置为1230.2 m,并通过布里渊频移实验数据验证了该方法的有效性。此外,还对不同脉冲宽度、频率和光纤长度进行了实验。通过实验研究进一步明确了紧凑型低成本局部受激布里渊光时域反射系统中传感光纤的有效受激区域和最佳传感使用距离,增强了布里渊光时域反射系统的工程实用性。 展开更多
关键词 分布式光纤传感 布里渊光时域反射 短时傅里叶变换 自发布里渊散射 受激布里渊反射
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基于类内类间距离和AdaBoost-SCN的分类识别方法
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作者 赵怀亮 杨润平 +4 位作者 赵少华 苏润梅 陈林毓 尚秋峰 姚国珍 《光通信技术》 北大核心 2025年第2期29-33,共5页
为提高输电线路覆冰监测的识别准确率和实时性,提出了一种基于类内类间距离与自适应增强随机配置网络(Ada Boost-SCN)的分类识别方法。首先,对相位敏感光时域反射仪相位信号进行类内距离和类间距离的联合评估,通过评分策略实现全特征向... 为提高输电线路覆冰监测的识别准确率和实时性,提出了一种基于类内类间距离与自适应增强随机配置网络(Ada Boost-SCN)的分类识别方法。首先,对相位敏感光时域反射仪相位信号进行类内距离和类间距离的联合评估,通过评分策略实现全特征向量的降维筛选,从而提取关键敏感特征;随后,采用Ada Boost-SCN算法进行覆冰等级分类,该算法以随机配置网络作为基分类器,通过迭代优化构建强分类模型。实验结果表明,该方法在测试集上的平均识别准确率达到94.7%,相比传统方法提高了2%~5%,计算用时从0.54 s降低至0.32 s。 展开更多
关键词 相位敏感光时域反射仪 光纤传感 特征选择
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地铁地下车站装配式结构施工受力特征监测分析
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作者 洪成雨 林楷哲 +5 位作者 饶伟 陈湘生 邱桐 张斌 戴继 贾科 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第3期511-520,共10页
为解决地铁地下车站装配式结构质量与尺寸大、施工工况多,极易导致结构的变形和应力集中造成的损伤问题,基于高精度、高空间分辨率分布式OFDR技术,对地下装配式结构侧墙内部连续空间的应变进行监测,探索侧墙、顶板、相邻块的拼装,以及... 为解决地铁地下车站装配式结构质量与尺寸大、施工工况多,极易导致结构的变形和应力集中造成的损伤问题,基于高精度、高空间分辨率分布式OFDR技术,对地下装配式结构侧墙内部连续空间的应变进行监测,探索侧墙、顶板、相邻块的拼装,以及车站顶部回填土在多种施工工况下对侧墙内部变形特征的影响;量化分析不同施工工况对侧墙应变场与弯矩分布特征的影响规律,探究多种施工工况对侧墙结构中部与端部弯矩的贡献度,总结地铁地下车站装配式结构高风险点对应的施工工况。研究结果表明:1)侧墙在拼装与顶部回填土阶段呈现较明显的压弯效应,顶部回填土施工阶段为装配式侧墙结构的最不利工况。2)支撑倒换与侧壁回填工序会增大侧墙结构的弯矩,平均增幅分别为42.8%与19.3%;顶部土体回填期间,B1、B2侧墙最大弯矩分别较前一阶段增长510%、252%。3)侧墙两端与中部弯矩随拼装与回填土工况的进行而不断增大,产生明显弯曲效应。顶部回填土阶段对中部、顶部、底部的弯矩平均贡献度分别为70.4%、69.4%、55.1%;由于上部回填土对侧墙弯矩贡献度最大,回填土施工阶段需要关注上部回填土压力对拼装车站侧墙结构受力的影响。 展开更多
关键词 地铁 地下车站 装配式结构 光频域反射技术 施工工况 受力特征
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时空二维Kalman解卷绕与Φ-OTDR协同的水声多目标探测(特邀)
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作者 吴金懿 王照勇 +9 位作者 刘依凡 陈义赐 陈柏琦 宋菲菲 李璇 皮浩洋 叶青 高侃 蔡海文 瞿荣辉 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第4期315-325,共11页
水下多类型目标探测在海洋安全、海上救援、海洋生态保护和渔业发展等方面具有重要意义。在这项工作中,将基于频率分集的相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)系统与悬浮布设的声敏缆相结合,检测和分析了多类型目标的水声信号。创新性地引入... 水下多类型目标探测在海洋安全、海上救援、海洋生态保护和渔业发展等方面具有重要意义。在这项工作中,将基于频率分集的相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)系统与悬浮布设的声敏缆相结合,检测和分析了多类型目标的水声信号。创新性地引入了时空二维Kalman算法,充分利用Φ-OTDR探测数据的时间域和空间域的二维连续性,突破了相位卷绕特性对动态范围与系统重复频率的限制,确保了多类型目标信息的高保真探测。进一步地,通过非消声水池实验验证了时空二维Kalman算法的可行性,并分析了遥控潜水器(ROV)、仿生鱼和模拟潜水员等多类型目标的频谱特性。实验结果表明,ROV为连续信号,频率范围为200~1700 Hz,频谱图中存在等频率间隔排列(24 Hz)的线谱;仿生鱼的信号间隔为0.5 s,对应仿生鱼的鱼尾摆动周期,频率范围为1500~1700 Hz;模拟潜水员信号间隔为0.25 s,对应氧气瓶气泡喷吐周期,频率范围为150~400 Hz。该技术为多类型水声目标探测和鉴别提供了重要技术手段,有望推动水下目标探测与海洋监测的发展,拓展Φ-OTDR的应用领域。 展开更多
关键词 相位敏感光时域反射计 水下多类型目标探测 时空二维Kalma n算法 相位卷绕特性
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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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基于OFDR的带式输送机全域智能精准测温系统设计
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作者 任保将 唐民 +4 位作者 杜锋 富佳兴 高贵恒 崔明 王志浩 《工矿自动化》 北大核心 2025年第8期15-24,共10页
带式输送机沿线温度快速精准测定在煤矿外因火灾预防中起核心作用。基于光时域反射(OTDR)的分布式光纤测温是目前主流的带式输送机沿线测温技术,但存在测温精度不足、定位误差较大等问题。针对该问题,提出了一种基于光频域反射(OFDR)的... 带式输送机沿线温度快速精准测定在煤矿外因火灾预防中起核心作用。基于光时域反射(OTDR)的分布式光纤测温是目前主流的带式输送机沿线测温技术,但存在测温精度不足、定位误差较大等问题。针对该问题,提出了一种基于光频域反射(OFDR)的带式输送机全域智能精准测温系统,通过分析系统技术路线和架构,确定以拉曼散射为理论基础、快速傅里叶变换为信号处理算法,选择可调谐半导体激光器,设计了4层复合结构的OFDR光缆,直径为4 mm,较传统OTDR光缆减小50%,最大拉伸强度提高33%,最大抗压强度提升233%。在山西高和能源有限公司南翼一部带式输送机沿线开展工业性试验,结果表明,该系统在1 a内运行稳定,系统巡检周期为12.5 s,测温准确度为0.5℃,定位准确度为0.25 m,均满足NB/T 10183—2019《矿用分布式光纤测温装置》要求且优于目前行业较高水平,同时能够可靠实现温度超限、温升速率、温差报警功能。 展开更多
关键词 带式输送机 输送带沿线测温 光纤测温 光时域反射 光频域反射 OFDR OTDR
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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)
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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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光纤耦合器精细结构的热激励表征及缺陷分析(特邀)
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作者 张登峰 温坤华 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第4期287-293,共7页
光纤耦合器广泛应用于光通信、光传感、航空航天、能源、交通、医疗等领域中,其性能与可靠性直接决定了各类光纤系统的性能。提出了一种光纤耦合器内部精细结构测试与缺陷分析方法。通过对光纤耦合器加载较宽范围的温度激励,将器件内部... 光纤耦合器广泛应用于光通信、光传感、航空航天、能源、交通、医疗等领域中,其性能与可靠性直接决定了各类光纤系统的性能。提出了一种光纤耦合器内部精细结构测试与缺陷分析方法。通过对光纤耦合器加载较宽范围的温度激励,将器件内部不可见的精细结构转换为光纤所受的热应变分布;再使用光频域反射计以毫米级的超高空间分辨率观测光纤沿线应变,进而反演光纤耦合器内部结构,并进一步通过应变分布畸变特征识别胶层缺陷,实现器件缺陷分析与质量评价。该方法具有高精度、无损的优势,且能够广泛适用于光纤耦合器、波分复用器等众多无源器件,为其缺陷成因分析、失效机理研究提供了有效测试手段,可以支撑其器件性能与可靠性的进一步提升。 展开更多
关键词 光无源器件 光频域反射计 精细结构测量 无损检测
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Ф-OTD R系统中的衰落效应抑制研究进展(特邀)
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作者 雷艳阳 陈金博 +2 位作者 刘帅旗 李天夫 董永康 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第4期18-33,共16页
相位敏感光时域反射计(Phase-sensitive OTDR,Ф-OTDR)技术通过实时解调背向瑞利散射光信号的相位信息演变过程实现对传感光纤沿线振动/声音信号的定量测量与分析,具有响应速度快、探测灵敏度高等独特优势,在周界安防、油气管线监测、... 相位敏感光时域反射计(Phase-sensitive OTDR,Ф-OTDR)技术通过实时解调背向瑞利散射光信号的相位信息演变过程实现对传感光纤沿线振动/声音信号的定量测量与分析,具有响应速度快、探测灵敏度高等独特优势,在周界安防、油气管线监测、海洋监测等领域具有广阔的应用前景。但由于Ф-OTD R系统受相干衰落效应和偏振衰落效应的影响,散射信号低信噪比位置将形成传感“死区”,导致相位信息解调失真。Ф-OTD R系统结构包括自相干探测和本振外差探测两大类,常见的解调方式包括I Q相位解调、Hilbert变换解调、PGC相位解调和3×3耦合解调。现有的Ф-OTD R系统偏振衰落抑制方案主要包括全保偏系统结构、脉冲光偏振控制及偏振分集,相干衰落抑制方案主要包括波长/频率/相位分集方案、特殊传感单元方案、算法改善方案。现有的偏振、相干衰落抑制方案均有效改善了Ф-OTD R系统中传感“死区”导致的相位解调失真,实现了对振动信号的高保真定量测量。随着Ф-OTD R系统应用领域的不断拓展,高解调速率、多参量融合感知将是未来Ф-OTDR技术的研究趋势。 展开更多
关键词 相位敏感光时域反射计技术 相干衰落效应 偏振衰落效应 瑞利散射
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IQ解调低通滤波器截止频率变化对Φ-OTDR系统性能的影响
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作者 张振鹤 刘丰年 +5 位作者 张国敬 赖榕 张竣凯 黄逸轩 钟晴 龙晟 《光通信技术》 北大核心 2025年第2期34-39,共6页
为了优化相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)系统的信号解调质量、空间分辨率及振动定位性能,基于外差相干探测的Φ-OTDR系统通过欠采样和同相正交(IQ)解调技术,研究了低通滤波器(LPF)截止频率对系统性能的影响。实验中采用窄线宽激光器、... 为了优化相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)系统的信号解调质量、空间分辨率及振动定位性能,基于外差相干探测的Φ-OTDR系统通过欠采样和同相正交(IQ)解调技术,研究了低通滤波器(LPF)截止频率对系统性能的影响。实验中采用窄线宽激光器、声光调制器、平衡探测器等搭建系统,并设置5种不同截止频率(12.5、10、7.5、5、2.5 MHz)的LPF进行对比分析。实验结果表明:当LPF截止频率为7.5 MHz时,解调信号的信噪比(SNR)达到最高值(40 d B),且不同采样点间的信号质量更稳定;同时,LPF截止频率对系统空间分辨率无显著影响,但对振动定位存在一定误差(约2~5 m)。 展开更多
关键词 相位敏感光时域反射仪 同相正交解调 低通滤波器
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基于移动方差平均与谱减法的通信光缆Φ-OTDR扰动定位
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作者 沈伟 胡欣 +3 位作者 张泽 鞠玲 吴健 黄怿 《电力工程技术》 北大核心 2025年第3期211-218,共8页
针对相位敏感光时域反射(phase sensitive-optical time domain reflectometry,Φ-OTDR)系统对电力通信光缆上扰动的定位易受环境噪声影响而导致定位信号信噪比低的问题,文中对基于移动方差平均与谱减法的Φ-OTDR定位技术进行研究。首先... 针对相位敏感光时域反射(phase sensitive-optical time domain reflectometry,Φ-OTDR)系统对电力通信光缆上扰动的定位易受环境噪声影响而导致定位信号信噪比低的问题,文中对基于移动方差平均与谱减法的Φ-OTDR定位技术进行研究。首先,通过搭建的相干探测型Φ-OTDR系统连接光纤与光缆进行舞动模拟实验,并采集背向瑞利散射信号,对其进行解调获得幅度信号曲线。其次,通过选择合适的曲线数量与最优步长对幅度曲线进行移动方差平均处理,得到初步的扰动定位图。然后,针对定位区域外的环境噪声,使用谱减法进行降噪,实现定位效果增强。最后,将小波分解降噪与经验模态分解降噪2种方法与谱减法进行对比,结果显示谱减法的定位效果明显优于其他2种降噪算法,经过谱减法降噪处理后的扰动定位信号的信噪比提升可超过20 dB,从采集原始信号到完成定位和降噪处理的计算时间低至0.58 s。 展开更多
关键词 光缆监测 相位敏感光时域反射(Φ-OTDR)系统 扰动定位 幅度信号 移动方差平均 谱减法
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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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光频域反射中光源非理想调谐误差仿真分析与补偿方法(特邀)
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作者 张傲岩 张玮轩 +3 位作者 程琳淇 冯昆鹏 党竑 沈平 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第4期294-303,共10页
光频域反射(Optical Frequency Domain Reflectometry,OFDR)技术因其高空间分辨率和高动态范围的优点得到了广泛地研究。针对OFDR系统中光源相位非理想调谐所引起的OFDR精度退化问题,文中在对可调谐激光光源可能的相位非理想调谐形式进... 光频域反射(Optical Frequency Domain Reflectometry,OFDR)技术因其高空间分辨率和高动态范围的优点得到了广泛地研究。针对OFDR系统中光源相位非理想调谐所引起的OFDR精度退化问题,文中在对可调谐激光光源可能的相位非理想调谐形式进行分析的基础上,结合对实测的光源相位调谐曲线,探究了不同的非理想调谐形式对分布式应变解调结果的影响。研究结果同时指出,利用辅助干涉仪插值重采样的常规补偿方法能够有效补偿多项式非理想调谐形式所引起的精度退化,但无法消除光源初始相位随机抖动的影响。在此基础上,进一步探究了利用深度学习,对相位非理想调谐造成的残余影响进行二次补偿的可行性。 展开更多
关键词 光频域反射 可调谐激光光源 非线性调谐 相位噪声
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基于ALSTM-ResNet的输电线路典型振动事件识别方法研究
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作者 陈原 范硕超 +4 位作者 于竞哲 黄小龙 卢毅 张旭 王康 《光通信技术》 北大核心 2025年第5期84-88,共5页
为提高输电线路典型振动事件的识别准确率,提出一种基于引入注意力机制的长短记忆和残差网络(ALSTM-ResNet)的振动事件分类方法。该方法利用相位敏感型光时域反射仪(Φ-OTDR)技术获取沿线振动信号,通过ALSTM网络提取时间特征,再结合Res... 为提高输电线路典型振动事件的识别准确率,提出一种基于引入注意力机制的长短记忆和残差网络(ALSTM-ResNet)的振动事件分类方法。该方法利用相位敏感型光时域反射仪(Φ-OTDR)技术获取沿线振动信号,通过ALSTM网络提取时间特征,再结合ResNet模型挖掘空间关联特征,构建时空融合的分类模型。实验结果表明,所提方法在4类典型振动事件(风振、舞动、脱冰跳跃、外破)上的平均分类准确率超过92.75%,较传统LSTM和ALSTM模型提升7%~9%,验证了时空特征融合在振动事件识别中的有效性与优越性。 展开更多
关键词 输电线路典型振动 相位敏感型光时域反射仪 残差网络 空间关联特征 时空特征融合
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相干衰落抑制Φ-OTDR的分布式光纤周界安防技术 被引量:2
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作者 胡祖翰 钱恒 +3 位作者 石先明 刘利平 徐余明 罗斌 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期564-571,共8页
基于相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)的分布式光纤振动传感系统在铁路周界安防中有着重要的应用前景.为降低Φ-OTDR中固有的相干衰落对相位解调的影响,提高扰动信号识别率,提出一种基于矢量旋转滑动平均(MVRA)的相干衰落抑制方法.首先,... 基于相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)的分布式光纤振动传感系统在铁路周界安防中有着重要的应用前景.为降低Φ-OTDR中固有的相干衰落对相位解调的影响,提高扰动信号识别率,提出一种基于矢量旋转滑动平均(MVRA)的相干衰落抑制方法.首先,对探测信号复矢量化,并对各位置的复矢量信号按初相角进行旋转对齐;然后,采用滑动平均的方法缓和信号幅度起伏以及减小噪声功率,提高信噪比,进而抑制相干衰落;其次,从衰落抑制信号解调出扰动信号,将MVRA与频谱提取重组(SERM)、数字向移变换(DPST)方法进行对比,通过差分相位标准差验证抗衰落效果;最后,通过搭建分布式光纤周界入侵检测实验平台,模拟环境噪声、应力破坏、攀爬、剪网4种防护扰动信号,以解调的相位灰度图作为特征图像,使用卷积神经网络进行模式识别.实验结果表明:相比SERM、DPST,MVRA能更高效地抑制衰落,当滑动窗长50 ns时,MVRA提高11.2 dB信噪比;扰动信号的识别率由衰落抑制前的88%提高到衰落抑制后的92%. 展开更多
关键词 相位敏感光时域反射计 相干衰落 周界安防
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荷载作用下砂土边坡-管道相互作用试验研究 被引量:3
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作者 喻文昭 朱鸿鹄 +3 位作者 王德洋 谢天铖 裴华富 施斌 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1309-1320,共12页
随着我国西气东输、南水北调等重大工程的快速推进,埋地管道不可避免地会穿越高陡山区,并受到区域地形地貌的影响,而关于边坡-管道相互作用机制的认识还相对滞后,相关研究亟需加强。基于分布式光纤应变传感(distributed strain sensing... 随着我国西气东输、南水北调等重大工程的快速推进,埋地管道不可避免地会穿越高陡山区,并受到区域地形地貌的影响,而关于边坡-管道相互作用机制的认识还相对滞后,相关研究亟需加强。基于分布式光纤应变传感(distributed strain sensing,简称DSS)、粒子图像测速(particle image velocimetry,简称PIV)技术,开展加载工况下砂土边坡-管道相互作用的室内模型试验,探究了临坡地基极限承载力的影响因素,并研究了不同坡角下边坡土体变形破坏机制及埋地管道的结构响应特征。研究结果表明:(1)临坡地基经历了弹性压密、局部剪切和整体破坏3个阶段,并呈现不对称楔形破坏模式;(2)临坡地基极限承载力随着坡角的增大呈减小趋势,同一坡角下埋地管道的存在会降低临坡地基极限承载力;(3)管道对边坡滑裂面形成路径的影响程度随着坡角的增大而变大;(4)在荷载作用下埋地管道横截面环向应变呈“椭圆化”分布,据此提出了管周界面土抗力的简化计算模型与椭圆度计算式。相关结论对边坡-管道系统的变形控制与结构设计有一定的参考和借鉴意义。 展开更多
关键词 埋地管道 光频域反射(OFDR) 边坡-管道相互作用 土抗力 模型试验
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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:5
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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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耦合芯光纤的光时域反射效应建模及分析
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作者 邢瑞 杨志群 +5 位作者 严晖 刘亚平 王序涛 王彦泽 张文斗 张林 《光通信研究》 北大核心 2024年第6期24-28,共5页
【目的】在现代通信领域,光纤因其超高的传输带宽和优良的光学特性,已成为光网络传输系统的重要传输媒介。耦合芯光纤是在一根光纤包层中集成了多个纤芯,以实现单纤数据传输能力的成倍提升。然而,纤芯数的增加也会引起附加信道损伤效应... 【目的】在现代通信领域,光纤因其超高的传输带宽和优良的光学特性,已成为光网络传输系统的重要传输媒介。耦合芯光纤是在一根光纤包层中集成了多个纤芯,以实现单纤数据传输能力的成倍提升。然而,纤芯数的增加也会引起附加信道损伤效应,反过来会影响光纤的传输性能和链路的通信质量。因此,研究耦合芯光纤信道效应的理论模型,尤其是厘清光时域反射过程和信道响应之间的关系,可为该类型光纤的实际链路铺设和应用提供重要参考。【方法】为了完善耦合芯光纤的光时域反射效应模型,文章首先从基本原理出发,概述了耦合芯光纤的正向传输理论和背向瑞利散射理论,详细推导了耦合模方程和瑞利散射功率的一般表达式,并给出了包括全局捕获因子在内的各个系数的定义和计算方法。在理论研究的基础上,文章还提出了一种耦合芯光纤中瑞利散射效应的建模方案,考虑到光纤端面反射对传输过程带来的影响,也给出了验证瑞利散射效应的技术路径。最后对模型仿真出的传输数据进行了处理,并参照设定参数进行了对比分析。【结果】文章构建了瑞利散射效应的仿真模型,计算了光时域反射后接收的散射功率曲线。仿真结果表明,接收的散射功率结果与设定参数大小吻合,误差在5%以内。【结论】较高的结果精度表明,文章所提模型能够有效反映耦合芯光纤中的瑞利散射效应,为使用光时域反射技术进行耦合芯光纤的精准参数测试奠定了理论基础。 展开更多
关键词 空分复用 强耦合多芯光纤 瑞利散射 光时域反射
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