一、光纤传感阵列状态监测中的光时域反射技术（论文文献综述）
桂鑫,李政颖,王洪海,王立新,郭会勇[1]（2021）在《基于大规模光栅阵列光纤的分布式传感技术及应用综述》文中提出光纤布拉格光栅传感技术因其具有高灵敏度、抗电磁干扰、体积小及易复用等特性而广泛应用于恶劣环境的温度、应变及振动等物理量检测。基于在线光纤拉丝塔的大规模光栅阵列光纤制备方法的实现,突破了传统光纤光栅分布式传感技术受限于机械强度和制备工艺复杂的限制,大大拓展了其在分布式传感领域的应用。本文系统地介绍了大规模光栅阵列光纤的制备、分布式解调方法与应用进展,从大规模光栅阵列光纤的在线制备技术,以及基于该阵列光纤的分布式传感解调技术,包括准静态波长解调技术、高速波长解调技术以及增强型动态相位解调技术等,特别关注解调速度、空间分辨率、复用容量等关键技术及传感性能。同时还介绍了基于大规模光栅阵列光纤的应用包括温度、应变分布式的准静态应用领域,以及振动分布式的相位动态应用领域等,包括大型建筑、机械、航空航天、石油化工等诸多领域的安全监测、故障诊断等工程应用方面。
冯谦[2]（2021）在《多芯光纤多参量一体化同步感知系统及应用》文中认为传感光纤凭借其灵敏度高、稳定性好、抗电磁干扰、功率损失小、耐高温、耐腐蚀等诸多优势,在土木建筑、航空航天、交通工程、海上平台、燃料能源等领域得到了广泛应用。然而,光纤类传感器在实际工程中感测时普遍存在一个问题,即光纤传感同时对多个外部参量（应变、温度、振动等）交叉敏感,直接导致被测量无法直接测得或者采集数据失真。另一方面,不同光纤感测技术各自拥有独立的采集系统,各系统采样频率、触发时间等的不同步造成数据采集无法实时同步,给后期数据处理带来困难。本文在国内外研究的基础上,将多芯光纤从通信领域引入到土木传感监测领域,研究了七芯光纤的多参量同步感知性能,梳理了七芯光纤封装方式并分析了其应变转递机制。为面向工程应用,设计研发了多种智能产品及一体化同步解调系统。此外,提出了基于相位敏感光时域反射仪（φ-OTDR）的振动定量识别算法,实现了分布式振动定量监测。最后通过三个具有工程背景的实验验证了七芯光纤多参量同步感知系统的有效性。本文的主要研究内容和成果如下:（1）提出了七芯光纤纤芯功能布局方法并通过交叉试验验证了七芯光纤具有多参量同步感知功能。依据纤芯数量需求、芯间低串扰、配套耦合器成熟度等原则,选取沟道型七芯传感光纤作为本文研究对象。基于提高工程测量精度的原则,提出了纤芯功能布局方法,消除了温度-应变交叉敏感效应,弯曲-应变敏感效应,针对不同工程应用场景给出了相应的纤芯功能布局图。设计实施了七芯光纤的感知性能试验,包括:七芯光纤单参量单独感知试验和多参量同步感知试验,前者标定了七芯光纤光栅（FBG）和布里渊光时域反射仪（BOTDR）的应变灵敏度系数和温度灵敏度系数,测得了拉曼光时域反射仪（ROTDR）的温度常数系数,得出了偏振敏感光纤振动传感技术（POFVS）的测振范围;在此基础上,后者验证了七芯光纤各纤芯既可单独解调、发挥功能,又可互相补充、互相修正、协同工作的功能,为后续研究奠定了基础。（2）实现了七芯裸纤的封装保护,并通过理论分析和有限元分析探究了封装光缆的应变传递机制。结合国内外单芯裸纤封装方式,提出了七芯裸纤的两条封装保护路线,一是封装成传感光缆,二是复合成系列智能产品。值得说明的是,第一条封装路线中Hytrel材料紧套封装传感光缆对刻制光栅的七芯裸纤同样适用,实现了一条光纤上点式传感与分布式传感同步发挥作用。此外,通过理论分析和有限元仿真探究了七芯传感光缆的应变传递机制,结果显示,传感光缆应变传递具有端距效应,低传递率段小于200 mm。第二条封装路线是将七芯光纤植入结构补强材料中,研制出兼具力学和感知性能的智能碳布、智能碳板、智能玻纤筋和智能钢绞线,性能试验显示智能产品的力学性能满足标准要求,传感光纤与基材之间的协调变形能力良好。（3）研发了适用于多芯光纤多参量同步采集的一体化解调装置。针对目前各类光纤传感技术所采用的解调设备各自独立且又无法同步采集的劣势,研制出一种轻量便携、高度集成的多芯光纤多参量同步解调装置,集成了包括FBG、ROTDR和POFVS三种常用功能的光纤感测模块,可直接解调输出点式应变、环境温度和振动频率等感测参量。（4）提出了一种基于多参数优化算法的振动定量识别方法。为进一步拓展七芯光纤的多功能性,同时为周界安防工程应用实验做铺垫。本文改进了多子群社会群体算法并引入到鉴幅型φ-OTDR多参数优化算法中,基于此提出了一种新的振动扰动定量识别方法,计算出的最大应变能、时均应变、变异系数三个宏观导出量及其矢量合成量均可实现扰动定量识别。在理论研究的基础上,通过室内PZT振动试验和室外岩土扰动试验,验证了本方法可以量化不同程度的振动扰动事件。从而弥补了鉴幅型φ-OTDR光纤传感技术只能定位而无法定量的不足。（5）验证了七芯传感光纤及多参量同步采集装置的有效性和实用性。设计并实施吊车钢梁、长输管道、周界安防三个面向实际工程的应用型试验,根据试验对象特点,有针对性地进行七芯光纤功能布局优化设计,选取了不同的感测参数、不同的光纤传感方案。结果显示,在钢结构梁和管道试验中,采用FBG、ROTDR和POFVS组合的七芯光纤监测方案实现了应变、温度和振动频率的同步测量;在周界安防监测工程应用中,采用φ-OTDR、FBG和ROTDR组合的七芯光纤监测方案实现了扰动位置、扰动程度、应变、温度和持时等监测参量的同步解调,有效提高了系统的识别成功率和信息利用率。
徐韶华[3]（2021）在《基于φ-OTDR系统的交通事件定位识别研究》文中认为随着我国基础设施建设的不断深入,交通路网越来越发达,但在交通领域,目前仍然没有一种可靠、经济、实用的测量检测技术能对整体交通路网状态等交通要素事件进行长距离连续监测。近年来,光纤振动传感技术,以其分布式、长距离、全天候监测的技术特点,在例如石油管道泄漏监测、轨道运行监测、长距离周界安防等大型线状基础设施中得到初步应用,但依然面临许多技术上的难题。本文主要以光纤振动传感系统为研究对象,对相位敏感型分布式光纤振动传感系统涉及到的作用机理、感应物理量、信号处理、模式识别等问题进行了深入的研究,并尝试将分布式光纤振动传感系统引入交通系统中,解决交通中长距离连续测量监测的难题。本文提出了一种基于仿射传播聚类（Affinity Propagation Clustering,AP Clustering）的光纤振动信号智能识别模型。在模型中,原创性地提出一种新型的振动信号定位方法,该方法能将大量无关的非事件振动信号滤除,并增加了整个模型的识别效率。同时在原始光纤振动信号滤波和消噪上面提出采用变分模态分解（Variational Mode Decomposition,VMD）的方法,并在试验中验证了在结合新型振动信号定位算法下,该方法较经验模态分解（Empirical Mode Decomposition,EMD）、集合经验模态分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD）均能获得最优信噪比。与此同时,本文通过多组不同振动事件的试验分析,发现基于VMD、振动信号定位与AP相结合的方式,能获得达到90%以上事件高识别率的效果,并且基于所提出AP算法具有无监督学习的特性,使得该智能识别模型具有良好的应用前景。在深入研究基于传统单通道相干探测的φ-OTDR（phase-sensitive optical timedomain reflectometer）光路与信号智能识别的基础上,为了解决单通道系统可能存在的信号衰落与噪声影响问题,本文提出了一种新型的双通道φ-OTDR（Dual-Channel-φ-OTDR,DC-φ-OTDR）检测系统。本文在搭建的DC-φ-OTDR检测系统中首先在基于仿射传播聚类智能识别模型上验证了该方法具有同时降低振动事件检测失效和提升检测系统信噪比的优势,并能整体相较单通道φ-OTDR（Single-Channel-φ-OTDR,SC-φ-OTDR）检测系统提升约14%的事件识别准确率。其次为了解决基于仿射传播聚类智能识别模型中出现的算法复杂度大,对机器内存开销大,难以达到实时检测的难题,创新性地提出了一种适用于DC-φ-OTDR系统的快速振动定位算法,该方法克服了传统常规微分法（Conventional Differential Method,CDM）依赖步长参数选择的缺点,根据组合差分信号,可以实时定位振动位置,并较CDM方法获得高于3-5d B的信噪比,显示良好的实用性效果。另外,因DC-φ-OTDR检测系统光缆中的两根光纤在空间上存在独立性,致使随机扰动因素对双通道中传输光波的强度和相位影响不同步的因素和未来面向5G通信系统将大规模采用以波分、模分复用、相干光通信技术等为代表的长距离大容量光纤通信技术的发展趋势,因此本文探索性地搭建了基于两模光纤的双通道φ-OTDR传感系统,进一步研究了基于两模光纤中LP01模和LP11模的双通道φ-OTDR系统,并分别探索了LP01模和LP11模的振动检测性能。系统采用光子灯笼作为模分复用/解复用器,将LP01模和LP11模注入两模光纤,并将相应的后向瑞利散射信号LP01-01和LP11a-11a反馈回信号处理系统对振动信号进行解调。结果表明,LP01模产生的LP01-01具有更高的信噪比和时频复原特性,同时两模光纤的LP01模和LP11模均能较好提取振动位置处的时频信号,为后续室外现场交通事件的特征提取和智能识别奠定良好基础。
路豪[4]（2021）在《基于集成学习模型的DAS振动源二维定位方法研究》文中研究说明分布式声传感（Distributed Acoustic Sensing,DAS）系统建立在相敏光时域反射（Phase-sensitive Optical Time-domain Reflectometry,Φ-OTDR）技术的基础上,在长距离的安全监测中由于其独有的优势而得到了快速的应用。除了基本的检测与识别等功能外,目前的研究越来越倾向于挖掘更深层次的如位置等方面的信息来帮助做出更加准确的决策。在长距离的埋地光缆安全检测中,由于长距离DAS系统接收振动信号本身的特殊性以及埋地条件下信号传输的复杂性,实现在这类环境中对振动威胁事件的二维定位监测具有较大的挑战且鲜有此类研究。因此,本文在利用DAS检测到振动信号的基础上,提出一种基于空间能量衰减特征的振动源定位方法,用以估计特定振动源相对于埋地光缆的垂直偏移距离和威胁程度。实验测试表明了传统的声源定位方法在应用于DAS长距离监测以及城乡埋地环境下的局限性。同时,在现场实验测试中表明利用本文方法对敲击信号的平均识别率可达到99%,具有较好的识别效果和时效性。具体工作如下:（1）分析了国内外的光缆安全监测和定位技术研究现状,探讨了目前DAS在安全监测领域的应用。讨论了DAS振动源定位技术的发展现状,发现少有在沿埋地光缆纵向定位的基础上,加以在横向对振动源垂直偏移距离识别的二维定位技术的研究。（2）为探寻适用于DAS振动源二维定位的方法,对目前常用于声源定位的TDOA、MUSIC等方法进行了具体实验测试,发现它们在DAS埋地光缆安全监测定位应用中的局限性与不可行性。在此基础上提出基于DAS振动源信号不同垂距条件下的特征挖掘并使用机器学习模型识别垂直偏移距离的二维定位思路与方法。（3）对DAS振动信号的多类特征进行挖掘并分析其可分辨性,最终提出空间能量衰减特征的提取方法。并在单一模型对不同垂距识别结果的基础上构建了一种基于两级Stacking的集成学习模型,融合不同机器学习模型,辅助挖掘更深层次可区别规律和进行更精确的识别。（4）通过不同场景下的现场实验验证本方案的可行性。在对威胁程度进行等级划分的情况下,对规律性事件如敲击威胁的识别平均准确率可达99%,对典型威胁事件如挖掘的识别准确率在89%左右,并且对实时性的测试表明该算法运行时间能够满足实际安全监测需求。
孟臻[5]（2021）在《基于分布式光纤场域数据的地下扰动源定位与识别研究》文中进行了进一步梳理随着我国城镇化进程飞速推进,城市地下管道建设规模不断增加。城市地下管道纵横交错、环境复杂,腐蚀、老化、施工破坏等原因引起的城市地下管道泄漏事件频发。如果不能及时发现地下管道泄漏事件,极易导致建筑下陷、坍塌、爆炸等大型事故,带来不可估量的生命财产损失。因此,为避免重大事故的发生,需要对城市地下管道的安全状态进行实时监测。相位敏感型光时域反射（Phase Optical Time-Domain Reflectometer,Φ-OTDR）仪是一种监测振动变化的分布式光纤传感系统,能够实现对光纤周围振动事件沿空间分布与时间变化的连续监测,相比于传统监测手段具有耐腐蚀、抗电磁干扰、连续分布式监测、探测灵敏度高、响应速度快等优点,十分切合城市地下管道监测要求,已成为城市地下管道安全监测领域研究热点。受城市地下复杂环境影响,Φ-OTDR传感技术应用仍需要在数据处理、特征提取与识别等方面进行更加深入研究。影响城市地下管道泄漏监测的问题主要有以下三个方面:（1）管道泄漏早期,泄漏信号强度微弱,信号信噪比低;（2）受到环境干扰因素和监测数据量影响,时空定位精度差,实时性低;（3）多种因素耦合干扰下,事件关键信息难表征,导致城市地下管道泄漏事件识别率低。针对以上问题,作者开展基于分布式光纤场域数据的地下扰动源定位与识别研究。其中,Φ-OTDR监测数据具有场域特点,数据同时包含时间、距离和相位三维属性;扰动源是指作用于光纤并对其传播信号产生扰动的振动事件,地下扰动源包括地下管道的爆裂、泄漏等事件。本文围绕城市地下管道早期泄漏,首先研究微弱信号的增强方法,解析多干扰耦合下的事件时空定位问题,准确确定扰动源的位置信息和作用时间,再分析多维特征与管道泄漏关系,提取少量关键混合特征结合加权随机森林算法实现管道泄漏事件的准确识别。本文主要研究内容如下:（1）基于经验模态分解的扰动源信号增强方法研究。针对实际监测信号非平稳和含有环境噪声的问题,提出了一种基于自适应噪声的完备经验模态分解（Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise,CEEMDAN）和分布差异度量（Kullback-Leibler,KL）的扰动源信号增强方法。首先,该方法对监测信号进行经验模态分解,计算每个本征模式函数（Intrinsic Mode Function,IMF）与原始信号之间的分布差异。其次,通过分布差异度量改善重构信号中的特征信息,提升信号主要特征,实现信号降噪与增强的目的。最后,通过模拟实验进行扰动源信号增强对比分析。实验结果表明该方法能够有效去除环境噪声的干扰,改善扰动源信号质量,信号信噪比平均提高9.2dB。（2）基于自适应近邻二值模式的扰动源定位方法研究。针对扰动源时空定位精度差、实时性低的问题,提出了一种自适应移动邻域二值模式（Adaptive Moving Neighbor Binary Pattern,AMNBP）的扰动源定位方法。AMNBP根据扰动源振动传播特点,通过自适应紧邻二值模式实现了对扰动源的定位。首先,对信号进行分窗处理,每个窗口对应四位二值模式编码。然后,比较窗口的平均值和每组信号的平均值获得二进制编码结果。再通过无泄漏信号进行自适应增益调整,改善编码结果中的关键信息,实现管道泄漏事件的时空定位。既解决了事件的准确定位问题,又克服了 Φ-OTDR传感系统数据量庞大、定位不及时的难题,缩小了用于特征提取与事件识别的数据规模。最后,通过实验证明了该定位方法的有效性,时空定位精度达到94.35%,定位计算过程平均用时减少了 27.32%。（3）扰动源多维特征提取与选择方法研究。特征提取研究是管道泄漏事件准确识别的先决条件。城市地下管道监测环境耦合因素多,单一特征难以准确表征事件关键信息。本文通过调研大量文献,梳理出覆盖时域、频域、信号处理等领域常见的特征提取方法20种,从多个维度对比特征在扰动源表征上的差异性,并通过基于随机森林分类器的包裹法实现特征选择。其中,根据Φ-OTDR数据特点,改进了峰均比、短时间隔过零率特征提取方法;引入了语音处理领域平均幅度差、信号占空比、倒谱特征系数等特征,统计领域波峰系数、波谷系数、偏度和峰度等特征。最后,进行实验梳理和对比了各项特征在管道泄漏和干扰事件上的差异性,并筛选出表征管道泄漏的关键特征组合。（4）基于混合特征和加权随机森林的扰动源识别方法研究。针对不同特征与扰动源对应关系不明确,城市地下管道泄漏事件识别率低问题,提出了一种基于混合特征和加权随机森林的扰动源识别方法（Hybrid Features and Weighted Random Forest,HF-WRF）。分析影响管道泄漏判别的特征重要性,基于混合特征组合和加权随机森林算法研究用于识别管道泄漏的方法。根据特征重要性结果,增加包含管道泄漏识别关键特征决策树的权重值,改善随机森林识别效率。最后,进行多种压力下的管道泄漏实验,结果表明基于峰均比、短时间隔过零率和平均幅度差混合特征与加权随机森林识别方法可以准确识别多干扰因素影响下的管道泄漏事件,地下管道泄漏事件平均识别准确率达到98.16%。根据以上研究内容,本文的创新点有以下三点:（1）提出了一种基于CEEMDAN-KL的Φ-OTDR监测信号增强方法。针对实际环境下监测信号微弱、非平稳的问题,通过添加完备高斯白噪声的经验模态分解,解决了分量模态混叠的问题,分析度量经验模态分量与原始信号的分布差异性,改善了信号重构和降噪效果,保留信号中主要特征,解决了非平稳信号的重构与增强,提高了信号信噪比,实现了实际环境下监测信号降噪和数据质量增强。（2）提出了一种AMNBP的扰动源二值编码定位算法。针对多因素耦合下事件时空定位精度差,实时性低的问题,利用监测事件在传感场域数据中的投射规律,采用邻域二值模式进行信号的降维和能量密度编码,通过无事件信号进行编码结果增益调整,实现了对监测事件的时空快速定位,降低了监测数据量大和数据质量差的影响,提升了事件定位效率,克服了噪声干扰对定位精度的影响,解决了实际监测中微弱信号的精确高效定位问题。（3）提出了 HF-WRF的扰动源集成识别算法。针对单一特征难以准确表征城市地下管道泄漏事件关键信息,实际环境下识别率低的问题,研究时域、频域、统计等多维特征提取方法与扰动源表征关系,采用相关性分析和包裹法筛选出峰均比、短时间隔过零率和平均幅度差混合特征组合来描述城市地下管道泄漏事件关键信息,实现了特征空间维数的压缩和事件关键特征的选择,通过特征重要性分析调整决策树权重系数,降低了多种干扰因素对最终识别的影响,有效提升了算法在多因素耦合下管道泄漏事件识别的准确率。根据上述研究内容和创新点,本文共有六个章节。第一章绪论,对本研究的背景、研究对象及场景进行了阐述,介绍了光纤传感信号和相位敏感型光时域反射仪的技术特点与应用情况,在分析了 Φ-OTDR技术在具体应用中的优点和不足后,总结了本论文的研究内容和创新点;第二章针对含有环境噪声的Φ-OTDR监测信号,提出了一种CEEMDAN-KL的信号增强方法,通过度量信号与本征分量分布差异进行信号重构,实现噪声去除与信号增强;第三章针对基于Φ-OTDR场域数据的地下扰动源时空定位精度差、实时性低的问题,提出来AMNBP的扰动源定位方法。通过领域二值模式和自适应增益调整,实现大数据量下扰动源的快速准确定位;第四章针对特征与扰动源表征关系复杂,梳理了覆盖时域、频域、统计等领域的20种特征表征方法,分析了特征与扰动源对应关系,筛选出管道泄漏的关键特征组合;第五章基于特征选择结果,设计决策树权重系数,通过加权随机森林方法实现耦合干扰下地下管道不同压力泄漏事件的准确识别;第六章对全文主要成果进行总结,讨论目前研究内容的局限性并展望未来研究方向。
孙晓伟[6]（2021）在《分布式光纤传感器在特大型桥梁应变监测研究》文中研究指明近些年,我国交通运输业越来越发达,桥梁数目每年增长迅速,其中,特大型桥梁数目增长速度尤为突出,随之而来的问题就是特大型桥梁结构安全监测问题,传统中小型桥梁监测手段已无法满足当前桥梁结构监测的需要,因此,能够实现对这些特大型桥梁的健康监测具有十分重大的意义,分布式光纤监测技术能够实现范围广、距离远的空间连续监测,相比于传统监测手段,有明显优势,并且能实现对特大型桥梁的连续远距离监测,本文针对分布式光纤传感技术应用于特大型桥梁监测中遇到的问题,提出了桥梁频移应变相关度,为桥梁锈蚀模拟实验、桥梁斜拉索索力监测模拟实验和桥体受潮汐涌动影响的光纤监测模拟实验提供了理论依据,主要研究内容如下:首先,介绍了分布式光纤传感技术基本原理,简述了三种分布式光纤传感技术,推导了布里渊散射频移与应变和温度的关系式,论述了布里渊光时域反射技术的基本原理,提出了桥梁频移应变相关度。其次,依照桥梁混凝土结构部分、斜拉索部分和桥梁承台部分分别制作桥梁混凝土锈蚀监测模型、斜拉索索力监测模型和桥梁承台受潮汐涌动影响监测模型。在桥梁混凝土锈蚀监测模拟实验中,结合加速锈蚀试验,以布里渊光时域反射技术为核心,实时监测桥体模型在加速锈蚀环境下受锈蚀产物影响的桥体形变状态;在斜拉索索力监测模拟实验中,进行斜拉索光纤监测索力模拟试验,试验中通过增加砝码,使模型产生更大的形变量,以此来观察布里渊光纤频移;在潮汐涌动对桥梁承台影响监测模拟试验中,试验中通过模拟海水的潮汐涌动,来实时监测桥体受到的形变影响。最后,进行试验数据分析,结果表明,桥梁混凝土锈蚀监测模拟实验虽然经加速锈蚀试验加快试验进程,但最后分析表明自然环境下锈蚀形变量相似,而且布里渊光时域反射技术能很好地监测桥梁混凝土结构锈蚀,精确度高;斜拉索索力监测模拟试验中,通过监测光纤频移变化量得到斜拉索索力,其监测精度较高,观察到布里渊光纤频移与拉力曲线呈线性关系,绘制布里渊光纤频移—斜拉索索力拟合曲线,提出布里渊光纤频移—斜拉索索力关系式;在潮汐涌动对桥梁承台影响监测模拟试验中,很好地监测到桥体受潮汐涌动影响产生的形变量,流速越大桥体受到的形变量就越大,布里渊光纤频移就越大,水面越高,桥体受水压影响越明显,产生的压力形变就越大。
欧阳修筑[7]（2021）在《基于弱光栅阵列传感的长距离测温系统研究》文中指出长距离的温度监测在工程实际场景中有着广泛的用途,在输气管线泄漏监测、高压输电线路以及电缆廊道等大范围、长距离场景中都需要对温度进行准确、快速且高空间密度的测量监控。近年来,在光纤传感领域,基于拉曼散射的分布式温度测量系统、基于布里渊散射的光时域分析仪以及基于光纤光栅的温度测量系统已经大量投入了实际使用,这些产品在传感距离上实现突破时往往很难兼顾测量精度和响应时间等其他指标,或者精度高响应快但是传感距离太短。光栅阵列传感技术是全新的光纤光栅传感技术,这种技术使光栅传感器复用数目得以大幅度增加,同时还保留了光栅测温高精度、快响应的优点。本文正是基于光栅阵列技术,面向大范围、长距离应用场景设计了一套光栅阵列温度解调系统,完成了包括系统设计和系统性能测试等工作。本文的研究内容和主要工作如下:（1）论述了长距离温度传感的应用场景和实用性,随后对光纤传感领域几种主流的温度测量技术进行了描述。接下来对光栅阵列传感技术用于温度测量进行了介绍。（2）从光纤光栅实现温度解调传感的原理出发,推导了光栅波长与温度变化的关系,介绍了常用的光纤光栅解调方法。随后对光栅传感阵列的指标、制备和特点等做了详细的说明,并对基于光栅阵列技术实现温度测量的系统方案做了描述,包括系统的结构、组成和解调过程等。（3）基于光栅阵列温度测量技术,分析了突破传感距离的关键要素,重点对损耗问题进行了计算分析。随后对拉曼放大器的原理进行了描述,并将其引入了面向长距离温度传感的光路结构中,相应设计了整体的测温系统结构,对主要器件进行了优化。（4）对基于光栅阵列的长距离温度测量系统进行了调试,对其温度解调的算法以及软件做了介绍。完成了系统性能实验,并提出了优化测量效果的方案,实现了在60km传感距离处温度测量精度1℃,系统对温度变化响应时间10s以及系统空间分辨率为1m等性能指标。
邓驰[8]（2021）在《基于光栅阵列传感OPGW光缆运行状态监测的应用研究》文中进行了进一步梳理光纤复合架空地线（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire,OPGW）是把光纤放置在架空高压输电线的地线中,用以构成输电线路上的光纤通信网,是电力特种光缆的一个重要发展方向。随着电力系统光纤通信网络的建设,国家在OPGW光缆的投入大大增加,如何保护OPGW光缆安全运行就成了至关重要的一环。在实际应用中,OPGW光缆通常会遭受雷击和覆冰灾害。雷击会造成高压输电线路跳闸事故,大部分跳闸事故都是由雷击造成。同时雷击还会引起输电线路闪络,破坏电力系统的稳定性,严重时可能造成电网大面积停电;当南方进入冬天,温度到达0℃左右时,户外的OPGW光缆会出现覆冰现象,导致光缆间的拉力增大,当光缆的拉力过大时,会造成地线断线,倒塔事故等。为了实现对OPGW光缆的实时监测,本文在基于光栅阵列传感技术下,提出了监测OPGW光缆温度和振动的方法,通过温度和振动信息来监测OPGW光缆的运行状态,通过监测到的信息对雷击事故和覆冰状态进行分析。本文将光栅阵列温度和振动传感器加入到OPGW光缆的结构中,通过光栅阵列实时监测光缆沿线的温度和振动信息。通过光缆的实时温度来分析是否遭受雷击。同时利用振动信息提出了一种基于弦振动模型对处于风激振动的光缆的拉力值监测的方法,通过MATLAB软件处理振动信号和波长解调算法,还原OPGW光缆风激振动时的振动频率和驻波波长,将解得频率和波长值结合弦振动模型求出OPGW光缆上的拉力值,通过光缆间的拉力值来分析覆冰状态。论文的主要工作如下:（1）首先介绍了传统输电线路在户外运行过程中遇到的雷击和覆冰等灾害,以及近年来世界各地的受灾情况,且在传统输电线路加入光通信单元的新型光纤复合架空地线（OPGW）,比起传统输电线路更易受灾。然而传统的输电线路监测方法中存在很多弊端,因此出现了新型利用光纤传感技术来对OPGW运行状况进行监测的方法。本文对光纤传感技术在OPGW中监测研究状况进行了介绍,重点对使用弱光栅阵列的传感技术来监测OPGW的研究现状进行了说明。（2）本文对基于弱光栅阵列的光纤传感技术监测OPGW光缆的原理进行了介绍。首先介绍了光纤光栅传感的基本原理和弱光纤光栅的时分复用原理。分别从温度监测和振动监测两个角度,介绍了相应的传感系统的原理,以及其对应的信号解调技术。然后介绍了弱光纤光栅传感器在OPGW光缆中的结构应用。（3）对基于弱光栅阵列传感的OPGW光缆的温度监测进行了介绍。首先对弱光栅阵列温度传感器在OPGW中的结构进行了模拟,利用该结构进行了模拟雷击实验。然后利用实际的OPGW光缆进行了高低温箱实验和雷击实验,对实验数据进行处理分析。验证通过光栅阵列温度传感技术监测OPGW雷击和温度的可行性。（4）对基于弱光栅阵列传感的OPGW光缆的振动监测进行了介绍。通过对OPGW光缆的振动监测进而求得光缆拉力值,通过拉力值大小来描述光缆覆冰状态。首先介绍了弦振动驻波理论和OPGW光缆应用弦振动驻波理论的条件。通过OPGW振动监测系统采集振动信息,设计相应的弦振动的频率和驻波半波长的解调算法。然后通过风激振动实验所得数据,对OPGW光缆应用弦振动驻波模型进行了验证。再根据解调算法得出OPGW光缆振动时的频率和驻波半波长,验证通过光栅阵列振动传感技术计算出拉力值的可行性,并分析该方法算出拉力值的误差。
张宇昊[9]（2020）在《基于分布式声场传感的地震勘探仪关键技术研究》文中研究说明地震勘探作为地球物理勘探中最重要的方法之一,被广泛运用于地质资源勘探、地质灾害预警等领域。现有的地震勘探仪器多采用机电式检波器进行传感,而机电式检波器属于点式传感器,油气勘探和天然地震监测中需将点式传感器构成阵列以保证所采集地震波分布的连续性,存在布设难度大,难以长期值守的问题,其探测容量和密度也受到成本限制。与点式传感器不同,分布式声场传感（Distributed Acoustic Sensing,DAS）技术中,光纤既是传感器又是传输媒介,利用光纤即可实现海量的传感器阵列,在勘探应用中仅需部署一根光缆或直接利用现有通信光缆,布设难度和成本都相对较低。此外,DAS探测容量大,在保证高级数、高密度采集的前提下,仍能实现数十公里的探测长度,在勘探目标日益深入和精细化的地震勘探领域具有重要的潜在应用价值。目前国外主要的DAS生产厂商均不向我国销售仪器,仅提供测试服务。而国内的DAS设备主要面向周界安防、结构健康监测等领域,与地震勘探的结合并不成熟,其频率响应范围等指标无法满足地震勘探需求,还存在集成度不高,配套的软件不成熟,对地震勘探数据的实时运算、展示能力不足等问题。针对以上问题,本文基于DAS原理提出了一种地震勘探仪的系统设计及工艺制造技术。设计过程中对脉冲光、调制器、探测器以及电信号滤波器、放大器的参数进行了优化与验证,以提高系统的频率响应范围、空间分辨率、最小可探测应变量等关键参数;提出了基于PXIe（PXI Express）标准的地震勘探仪结构和相应的高集成度光学板卡、控制与信号调理板卡制造工艺技术,以改善仪器的便携性和可靠性。提出了欠采样的数据采集技术,根据香农的带通采样定理,合理配置数据采集卡接收参数,在不损失性能的前提下,降低了采样率和后续信号处理压力。针对地震勘探应用提升了软件的专业化展示能力,在DAS常用的瀑布图、时域和频谱图的基础上,增加了地震勘探专用的实时波形展示界面,使其在展示瞬时扰动方面更有优势。参数标定结果表明,地震勘探仪的最大监测距离达到60 km,最高空间分辨率优于4 m,频率响应范围为0.1 Hz到500 Hz,可探测最小应变量达到0.5 nε,最终仪器外部尺寸仅为330×185×300 mm,重量12 kg,功耗低于90 W,集成度和便携性与国内性能相近DAS设备相比有所改善。该地震勘探仪参与了在无锡市锡北镇光明村进行的基于主动源的地裂缝状态监测试验,试验中利用既有的地埋和井下两种铺设方式的光缆均成功实现了对地震波的监测,监测道间距达到4m,获得了与现有地震检波器相吻合的输出波形,体现出比现有地震检波器更高的灵敏度。试验数据经后期反演,很好地反映出当地的地裂缝演化状态,推动了DAS设备在地震勘探领域的应用与推广。
车前[10]（2020）在《基于深度学习的分布式在线管道损伤识别研究》文中提出随着经济的快速增长与人们日益增多的需求,管道及其系统被广泛应用于石化、城市供水/供气、核电等领域,在我国基础建设和经济发展中发挥了重要的作用。然而,在管道的使用过程中,管道容易出现损伤或缺陷,从而导致重大安全事故的发生,因此对管道的定期检测十分重要。本文主要对光纤分布式传感和深度学习这两大技术领域进行了理论方法和应用的创新,并构建传感平台对管道不同类型的损伤信号进行识别和分类。本课题的主要研究内容如下:（1）分析并比较了基于后向瑞利散射信号的相位敏感光时域反射（Phasesensitive optical time-domain reflectometer,φ-OTDR）系统以及基于弱光纤光栅阵列的增强型φ-OTDR系统,阐述了弱光纤光栅阵列在管道损伤监测领域中的独特优势。搭建了基于弱光纤光栅阵列的增强型φ-OTDR系统,并对解调系统的性能、弱光栅之间的串扰对系统信噪比的影响等进行了理论分析和实验验证。（2）介绍了深度学习的基本原理,重点分析了卷积神经网络（Convolutional Neural Networks,CNN）,并研究基于CNN的分布式光纤传感信号分析方法。由于分布式光纤传感系统易受外界干扰,传统信号分析方法难以实现低误报率,本文对基于CNN的信号分析方法进行了研究。首先对谱减法、多尺度小波分解和重构这两种去噪方法进行了理论分析与实验验证,结果表明多尺度小波分解与重构对光纤振动信号具有更好的降噪效果。接着分析了管道损伤事件检测模型的建立过程和训练方法。然后结合实际情况,设计管道损伤事件检测模型的框架,并对模拟的三种不同类型的光纤振动信号进行识别分类,识别准确率为96.0%,表明该模型对光纤振动信号具有较好的分类能力。（3）将φ-OTDR分布式振动系统与管道损伤事件检测模型结合起来,用来解决复杂管线中损伤的诊断难题。采集四种不同类型的管道损伤情况（管道接口处螺丝无松动、接口处一颗螺丝松动、接口处两颗螺丝松动和接口处三颗螺丝松动）,对信号进行分类和识别,利用测试样本对管道损伤事件检测模型的识别性能进行验证,最终得到的平均准确率为88.9%,表明本文的管道损伤事件检测模型能够较好的识别出四种类型的管道损伤信号。
二、光纤传感阵列状态监测中的光时域反射技术（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、光纤传感阵列状态监测中的光时域反射技术（论文提纲范文）
（1）基于大规模光栅阵列光纤的分布式传感技术及应用综述（论文提纲范文）
| 1 大规模光栅阵列光纤在线制备技术 |
| 2 FBG阵列复用容量提升方法 |
| 3 动静态解调方法研究 |
| 3.1 准静态FBG阵列传感技术 |
| 3.1.1 光时域反射技术 |
| 3.1.2 光频域反射技术 |
| 3.1.2. 1 相干光频域反射技术 |
| 3.1.2. 2 非相干光频域反射技术 |
| 3.2 高速FBG阵列波长解调技术 |
| 3.2.1 基于各类光源的高速光纤光栅解调技术 |
| 3.2.1. 1 基于宽带光源的高速光纤光栅解调 |
| 3.2.1. 2 基于脉冲光源的高速光纤光栅解调 |
| 3.2.1. 3 基于扫频激光器的高速光纤光栅解调 |
| 3.2.2 脉冲波长扫描的高速解调方法 |
| 3.2.2. 1 连续扫频光时域反射高速解调 |
| 3.2.2. 2 WDM/TDM混合复用弱光栅阵列的高速解调 |
| 3.3 FBG阵列增强型分布式声波传感 |
| 3.3.1 分布式声波传感高速解调系统 |
| 3.3.2 高动态范围分布式声波传感 |
| 3.3.3 动静态共同感知 |
| 4 FBG阵列光纤的应用研究 |
| 4.1 静态分布式温度解调检测技术 |
| 4.2 静态分布式应变解调检测技术 |
| 4.3 动态分布式相位解调 |
| 4.3.1 地铁隧道全时全域安全监测 |
| 4.3.2 基于光栅阵列增强型光纤水听器 |
| 4.3.3 增强型光栅阵列光纤地震波检测 |
| 5 结语 |
（2）多芯光纤多参量一体化同步感知系统及应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 土木工程健康监测的迫切需求 |
| 1.1.2 光纤传感技术的应用与发展 |
| 1.1.3 现有光纤传感技术面临的问题 |
| 1.2 多芯光纤传感器研究现状 |
| 1.2.1 多芯光纤简介 |
| 1.2.2 多芯传感光纤研究现状 |
| 1.2.3 多芯传感光纤面临的问题 |
| 1.3 研究思路 |
| 1.4 研究内容及章节安排 |
| 1.5 研究主线 |
| 第二章 七芯光纤功能设计与多参量同步感知性能 |
| 2.1 光纤传感原理 |
| 2.1.1 点式光纤传感原理 |
| 2.1.2 分布式光纤传感原理 |
| 2.2 七芯传感光纤选型与纤芯功能优化设计 |
| 2.2.1 面向工程的多芯光纤传感功能 |
| 2.2.2 多芯光纤选型与七芯光纤优势 |
| 2.2.3 七芯光纤纤芯功能布局原则与优化设计 |
| 2.3 七芯光纤单参量独立感知性能测试与系数标定 |
| 2.3.1 应变单参量感知性能测试与标定 |
| 2.3.2 温度单参量感知性能测试与标定 |
| 2.3.3 振动单参量感知性能测试与标定 |
| 2.4 七芯光纤多参量同步感知性能测试 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 七芯传感光纤封装及其应变传递机制 |
| 3.1 七芯传感光纤制备、封装与工程铺设 |
| 3.1.1 七芯传感光纤制备技术 |
| 3.1.2 七芯传感光纤封装方法 |
| 3.1.3 七芯传感光缆铺设与走线方式 |
| 3.2 七芯传感光纤/缆的应变传递机制 |
| 3.2.1 应变传递理论模型 |
| 3.2.2 应变传递有限元分析 |
| 3.2.3 封装材料特性对应变传递机制的影响 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 七芯传感光纤复合制品与多参量一体化同步解调仪 |
| 4.1 七芯传感光纤复合制品及其性能测试 |
| 4.1.1 智能碳板复合工艺、力学与感知性能测试 |
| 4.1.2 智能碳纤维布编织工艺、力学与感知性能测试 |
| 4.1.3 智能玻纤筋复合工艺、力学与感知性能测试 |
| 4.1.4 智能钢绞线复合工艺、力学与感知性能测试 |
| 4.2 多芯传感光纤多参量一体化同步解调仪 |
| 4.2.1 研制背景及其功能定位 |
| 4.2.2 硬件系统优化设计 |
| 4.2.3 数据预处理及可视化界面 |
| 4.2.4 关键指标测试 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 基于多参数优化算法的振动定量识别方法 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 Φ-OTD光纤散射模型多参数优化算法 |
| 5.2.1 φ-OTDR光纤散射模型 |
| 5.2.2 改进的多子群社会群体算法 |
| 5.2.3 光强-应变非单一映射关系及其分析策略 |
| 5.2.4 振动定量识别方法及其宏观指标 |
| 5.3 室内PZT振动定量试验 |
| 5.3.1 系统配置 |
| 5.3.2 结果分析 |
| 5.3.3 误差分析 |
| 5.4 室外岩土扰动定位及定量试验 |
| 5.4.1 试验方案 |
| 5.4.2 结果分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 七芯传感光纤多参量一体化同步感知系统应用 |
| 6.1 针对钢梁的多参量同步感知系统应用 |
| 6.1.1 钢梁的挠曲变形及温度感知 |
| 6.1.2 钢梁的整体振动感知 |
| 6.1.3 结论 |
| 6.2 针对油气管道的多参量同步感知系统应用 |
| 6.2.1 管道模型的变形及温度感知 |
| 6.2.2 管道模型的振动感知 |
| 6.2.3 结论 |
| 6.3 某周界安防工程的多参量同步感知系统应用 |
| 6.3.1 工程概况 |
| 6.3.2 技术方案 |
| 6.3.3 扰动定位指标 |
| 6.3.4 多工况、多参量监测结果分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 结论及创新点 |
| 7.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
| 攻读博士期间发表的文章 |
| 攻读博士期间主持的科研项目 |
| 攻读博士期间获授权的专利 |
（3）基于φ-OTDR系统的交通事件定位识别研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| §1.1 课题的研究背景与意义 |
| §1.2 交通监测常用传感技术与事件检测研究现状 |
| §1.2.1 常用监测传感技术 |
| §1.2.2 交通事件检测技术 |
| §1.2.3 研究现状与面临问题 |
| §1.3 分布式光纤传感系统及其研究现状 |
| §1.3.1 分布式光纤传感系统简介 |
| §1.3.2 相位敏感型光时域反射技术 |
| §1.4 基于模分复用的φ-OTDR系统 |
| §1.5 本文主要章节安排 |
| 第二章 分布式相敏光时域检测(φ-OTDR)系统与信号获取 |
| §2.1 分布式相敏光时域检测(φ-OTDR)系统 |
| §2.1.1 瑞利反向散射原理 |
| §2.1.2 相干探测原理 |
| §2.1.3 φ-OTDR传感系统原理 |
| §2.1.4 地埋式φ-OTDR振动检测原理 |
| §2.2 分布式相敏光时域检测(φ-OTDR)系统的信号获取 |
| §2.2.1 系统的时域信号获取 |
| §2.2.2 振幅差分法 |
| §2.3 本章小结 |
| 第三章 基于聚类分析的单通道φ-OTDR系统中振动信号定位与事件识别研究 |
| §3.1 变分模态分解 |
| §3.2 基于AP的事件识别 |
| §3.2.1 仿射传播聚类算法(AP) |
| §3.3 基于事件识别框架的振动信号定位算法 |
| §3.3.1 事件识别整体框架模型 |
| §3.3.2 振动信号定位算法 |
| §3.4 实验设计 |
| §3.5 实验结果与分析 |
| §3.6 本章小结 |
| 第四章 基于多芯光缆的双通道φ-OTDR传感系统 |
| §4.1 多芯光缆双通道φ-OTDR系统搭建 |
| §4.2 基于双通道的φ-OTDR系统中振动信号定位与事件识别研究 |
| §4.3 快速振动定位算法设计及分析 |
| §4.3.1 实验场景1:校园路段测试 |
| §4.3.2 实验场景2:高速公路测试 |
| §4.4 本章小结 |
| 第五章 基于两模光纤的双通道φ-OTDR传感系统 |
| §5.1 两模光纤的基础理论 |
| §5.2 实验设计 |
| §5.2.1 实验所用两模光纤的参数 |
| §5.2.2 基于两模光纤的双通道φ-OTDR系统 |
| §5.3 实验结果与分析 |
| §5.3.1 LP01 模和LP11a模双通道的后向瑞利散射信号 |
| §5.3.2 LP01模和LP11a模的振动定位 |
| §5.3.3 振动位置处LP01模和LP11a模的振动信号时频分析 |
| §5.4 本章小结 |
| 第六章 结论 |
| §6.1 完成的主要工作与成果 |
| §6.2 论文研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者在攻读博士期间的主要研究成果 |
（4）基于集成学习模型的DAS振动源二维定位方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 DAS在安全监测中应用研究现状 |
| 1.3 振动源二维定位研究方法现状 |
| 1.3.1 传统阵列振动源定位方法 |
| 1.3.2 基于特征提取及机器学习的振动源定位方法 |
| 1.4 DAS振动源定位技术现状 |
| 1.5 本文主要内容及创新点 |
| 1.5.1 主要内容 |
| 1.5.2 创新点 |
| 第二章 DAS振动源二维定位方法 |
| 2.1 基于Φ-OTDR的 DAS传感技术原理 |
| 2.1.1 分布式光纤传感技术 |
| 2.1.2 光纤中的瑞利散射 |
| 2.1.3 基于瑞利散射的Φ-OTDR传感原理 |
| 2.1.4 Φ-OTDR性能指标 |
| 2.1.5 基于Φ-OTDR的 DAS系统结构及信号处理方法 |
| 2.2 DAS振动源定位问题及相关方法研究 |
| 2.2.1 DAS振动源二维定位问题 |
| 2.2.2 基于TDOA的振动源定位方法 |
| 2.2.3 基于MUSIC的振动源定位方法 |
| 2.3 不同垂距下DAS振动源位置估计可行性方案 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 DAS振动源二维定位的特征提取与识别 |
| 3.1 不同垂距条件下 DAS 振动信号特征差异分析 |
| 3.1.1 DAS振动信号频域特征 |
| 3.1.2 DAS振动信号空间域特征 |
| 3.1.3 DAS振动信号变换域特征 |
| 3.2 DAS振动源二维定位中的空间能量衰减特征提取方法 |
| 3.2.1 单点信号预处理及能量特征提取 |
| 3.2.2 空间能量衰减特征提取及分析 |
| 3.3 DAS振动源二维定位的算法原理 |
| 3.3.1 支持向量机算法 |
| 3.3.2 Random Forest算法 |
| 3.3.3 Stacking基本思想与原理 |
| 3.4 基于集成学习模型的DAS振动源二维定位方法模型 |
| 3.4.1 基模型训练 |
| 3.4.2 Stacking模型融合方法 |
| 3.5 DAS振动源二维定位算法整体流程 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 现场实验测试结果及分析 |
| 4.1 埋地光缆振动信号监测实验方式及数据库构建 |
| 4.1.1 实验场地及实验条件 |
| 4.1.2 DAS振动源二维定位数据库构建 |
| 4.2 敲击事件类型垂距测试 |
| 4.3 挖掘事件类型垂距测试 |
| 4.4 DAS振动源二维定位方法实时性分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 后续展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
（5）基于分布式光纤场域数据的地下扰动源定位与识别研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 分布式光纤传感技术研究 |
| 1.2.2 Φ-OTDR技术国内外研究现状 |
| 1.3 研究内容及创新点 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 论文章节安排 |
| 1.3.3 创新点 |
| 第二章 基于经验模态分解的扰动源信号增强方法研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 Φ-OTDR数据和扰动源特性研究 |
| 2.2.1 系统及数据特性研究 |
| 2.2.2 扰动源特性研究 |
| 2.2.3 数据预处理相关工作 |
| 2.3 基于Φ-OTDR监测数据的信号增强方法 |
| 2.3.1 经验模态分解方法 |
| 2.3.2 CEEMDAN-KL信号增强算法 |
| 2.3.3 信号增强方法定量评估方法 |
| 2.4 扰动源信号增强验证实验与分析 |
| 2.4.1 实验设计与数据采集 |
| 2.4.2 结果分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 扰动源自适应移动邻域二值模式定位方法研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于AMNBP算法的定位方法研究 |
| 3.2.1 基于光纤布设方式的定位研究 |
| 3.2.2 LBP编码方法研究 |
| 3.2.3 基于AMNBP的扰动源时空定位方法研究 |
| 3.3 基于AMNBP算法的扰动源定位实验与分析 |
| 3.3.1 实验设计与数据采集 |
| 3.3.2 AMNBP编码与结果分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 扰动源多维度特征提取与选择方法研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 扰动源特征提取与选择方法研究 |
| 4.2.1 扰动源特征提取方法 |
| 4.2.2 扰动源特征选择方法研究 |
| 4.3 基于Φ-OTDR数据的扰动源特征提取与选择实验 |
| 4.3.1 实验设计及数据采集 |
| 4.3.2 特征提取分析 |
| 4.3.3 特征选择分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于混合特征和加权随机森林的扰动源识别方法研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于Φ-OTDR场域数据的扰动源识别方法研究 |
| 5.2.1 集成学习方法 |
| 5.2.2 随机森林方法与特征重要性分析 |
| 5.2.3 基于混合特征和加权随机森林的扰动源识别方法研究 |
| 5.3 基于混合特征与随机森林算法的扰动源识别实验与分析 |
| 5.3.1 实验设计与数据采集 |
| 5.3.2 基于混合特征与加权随机森林的识别结果与分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 研究结论及展望 |
| 6.1 主要结论与成果 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的论文 |
| 攻读博士学位期间科研工作及奖励 |
（6）分布式光纤传感器在特大型桥梁应变监测研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 研究目的 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 桥梁监测手段发展现状 |
| 1.2.2 分布式光纤监测技术在工程领域的应用现状 |
| 1.3 研究内容及方法 |
| 1.3.1 研究内容及开展工作 |
| 1.3.2 研究方法及技术路线 |
| 1.4 本文组织结构 |
| 2 分布式光纤监测技术理论 |
| 2.1 分布式光纤传感技术 |
| 2.1.1 分布式光纤传感技术概述 |
| 2.1.2 光纤传感器分类 |
| 2.2 分布式光纤传感技术原理 |
| 2.2.1 基于瑞利散射的分布式光纤传感技术 |
| 2.2.2 基于拉曼散射的分布式光纤传感技术 |
| 2.2.3 基于布里渊散射的分布式光纤传感技术 |
| 2.2.4 布里渊频移与温度或应变的关系 |
| 2.3 BOTDR技术 |
| 2.4 桥梁频移应变相关度 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 桥梁锈蚀模拟实验 |
| 3.1 实验方案 |
| 3.2 光纤布设 |
| 3.3 模型加速锈蚀实验 |
| 3.4 实验结果分析 |
| 3.4.1 对比不同直径模型光纤频移结果分析 |
| 3.4.2 对比不同电流强度光纤频移结果分析 |
| 3.4.3 模型裂缝宽度与光纤频移变化量 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 桥梁斜拉索索力监测模拟实验 |
| 4.1 斜拉索索力力学分析 |
| 4.2 实验方案 |
| 4.3 斜拉索索力分布式光纤监测系统 |
| 4.4 实验结果分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 桥体受潮汐涌动影响的光纤监测模拟实验 |
| 5.1 实验方案 |
| 5.1.1 模型制作 |
| 5.1.2 光纤安装方式 |
| 5.2 分布式光纤频移监测系统搭建 |
| 5.3 实验步骤 |
| 5.3.1 桥体桥梁模型横向光纤监测模拟实验 |
| 5.3.2 桥体桥梁模型纵向光纤监测模拟实验 |
| 5.4 实验结果与分析 |
| 5.4.1 模型横向光纤监测模拟实验频移变化 |
| 5.4.2 模型纵向光纤监测模拟实验频移变化 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文目录 |
（7）基于弱光栅阵列传感的长距离测温系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 论文研究背景及意义 |
| 1.2 光纤传感温度测量国内外研究近况 |
| 1.2.1 常规光纤传感温度测量方法国内外近况 |
| 1.2.2 光栅阵列及光栅阵列测温技术的发展和现状 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 2 光纤光栅基本原理及光栅阵列测温技术 |
| 2.1 光纤光栅传感的基本原理 |
| 2.1.1 光纤光栅原理 |
| 2.1.2 光纤光栅温度传感原理 |
| 2.2 光纤光栅常用解调方法 |
| 2.2.1 非平衡马赫-曾德尔干涉仪检测法 |
| 2.2.2 可调光纤F-P滤波法 |
| 2.2.3 扫描激光器法 |
| 2.3 面向大容量传感网络的光栅阵列 |
| 2.3.1 光栅阵列的几项重要技术指标 |
| 2.3.2 在线制备光栅阵列技术 |
| 2.3.3 光栅阵列的特点及复用技术 |
| 2.4 基于光栅阵列的温度测量技术 |
| 2.4.1 系统整体结构方案 |
| 2.4.2 系统组成 |
| 2.4.3 波长解调过程 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 长距离光栅阵列温度测量系统设计 |
| 3.1 限制光栅阵列传感距离的关键因素分析 |
| 3.2 拉曼放大器的引入 |
| 3.2.1 拉曼放大器的原理 |
| 3.2.2 分布式光纤拉曼放大器 |
| 3.3 光栅阵列长距离测温系统方案 |
| 3.3.1 光路结构设计 |
| 3.3.2 系统结构方案设计 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 系统调试及性能测试 |
| 4.1 系统调试与温度解调 |
| 4.1.1 光源出光强度的调试 |
| 4.1.2 EDFA(PA)临界饱和调试 |
| 4.1.3 拉曼放大器泵浦调试 |
| 4.1.4 长距离测温系统温度解调算法 |
| 4.1.5 解调软件简介 |
| 4.2 测温系统性能实验 |
| 4.2.1 长距离温度测量系统性能指标 |
| 4.2.2 关于温度灵敏系数的探究 |
| 4.2.3 系统温度响应性能测试 |
| 4.3 温度测量的优化方案 |
| 4.3.1 双系数温度测量法 |
| 4.3.2 二阶温度-波长拟合法 |
| 4.3.3 其他优化措施 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 本文总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录1 攻读硕士学位期间参与的项目和发表的论文 |
| 附录2 主要英文缩写语对照表 |
（8）基于光栅阵列传感OPGW光缆运行状态监测的应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 论文研究背景及意义 |
| 1.2 光纤传感技术在输电线路监测研究现状 |
| 1.2.1 光纤光栅传感技术 |
| 1.2.2 分布式光纤传感技术 |
| 1.2.3 分布式光纤声波传感技术 |
| 1.3 本论文主要研究内容 |
| 2 光栅阵列监测OPGW运行状态原理 |
| 2.1 光纤光栅基本传感原理 |
| 2.2 弱光纤光栅阵列时分复用原理 |
| 2.3 光栅阵列温度解调系统 |
| 2.3.1 光纤光栅温度传感原理 |
| 2.3.2 光栅阵列温度传感系统原理 |
| 2.3.3 光栅阵列温度解调技术 |
| 2.4 光栅阵列高性能声波传感系统 |
| 2.4.1 光栅阵列高性能声波传感系统原理 |
| 2.4.2 弱光纤光栅序列反射光信号时序分析 |
| 2.4.3 光栅阵列高性能声波传感系统相位解调技术 |
| 2.5 OPGW光缆应用光栅阵列的结构设计 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 基于光栅阵列传感的OPGW光缆温度监测 |
| 3.1 光栅阵列监测OPGW光缆温度的方法 |
| 3.1.1 OPGW光缆结构模拟 |
| 3.1.2 瞬时温度模拟实验 |
| 3.2 OPGW光缆温度监测实验 |
| 3.2.1 实验方案 |
| 3.2.2 实验分析与讨论 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 基于光栅阵列传感的OPGW光缆振动监测 |
| 4.1 光栅阵列监测OPGW光缆覆冰的方法 |
| 4.1.1 OPGW光缆拉力值计算方法 |
| 4.1.2 DAS系统测量OPGW光缆拉力值的方法 |
| 4.2 OPGW光缆风激振动实验介绍 |
| 4.2.1 实验内容 |
| 4.2.2 实验系统组成 |
| 4.2.3 实验过程 |
| 4.3 实验数据及分析 |
| 4.3.1 弦振动模型验证 |
| 4.3.2 DAS系统解调振动频率 |
| 4.3.3 DAS系统解调驻波半波长 |
| 4.3.4 DAS系统解调弦线拉力值误差分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 论文总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录1 攻读硕士学位期间参与的项目和发表的论文 |
| 附录2 主要英文缩写语对照表 |
（9）基于分布式声场传感的地震勘探仪关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 基于DAS的地震勘探仪发展现状 |
| 1.3 课题研究主要内容 |
| 第二章 分布式声场传感技术基本原理 |
| 2.1 分布式声场传感技术 |
| 2.1.1 光纤中的散射和光时域反射技术 |
| 2.1.2 基于后向散射光的分布式声场传感技术 |
| 2.2 DAS传感原理 |
| 2.2.1 声场对光纤的调制作用 |
| 2.2.2 DAS传感模型 |
| 2.2.3 DAS的常见系统结构 |
| 2.2.4 信号解调方案 |
| 2.3 DAS性能参数 |
| 2.3.1 动态范围 |
| 2.3.2 灵敏度 |
| 2.3.3 最小可探测应变量 |
| 2.3.4 空间分辨率 |
| 2.3.5 频率响应范围 |
| 第三章 基于鉴相型DAS的地震勘探仪系统 |
| 3.1 地震勘探仪需求与系统设计 |
| 3.2 光学子系统设计 |
| 3.2.1 光路结构 |
| 3.2.2 系统参数设计及光学器件选型 |
| 3.3 电路子系统设计 |
| 3.3.1 控制电路 |
| 3.3.2 信号调理电路 |
| 3.3.3 欠采样技术与数据采集卡选型 |
| 3.4 软件子系统设计 |
| 3.4.1 上位机程序设计 |
| 3.4.2 单片机和CPLD程序设计 |
| 3.5 仪器化设计 |
| 3.5.1 基于PXIe的地震勘探仪结构 |
| 3.5.2 光学板卡设计 |
| 3.5.3 控制与信号调理板卡设计 |
| 第四章 地震勘探仪参数标定与工程现场试验 |
| 4.1 地震勘探仪参数标定 |
| 4.1.1 探测距离测试 |
| 4.1.2 空间分辨率测试 |
| 4.1.3 频率响应范围测试 |
| 4.1.4 最小可探测应变量测试 |
| 4.1.5 垂直响应距离测试 |
| 4.2 地震勘探仪工程现场试验 |
| 4.2.1 工程现场简介 |
| 4.2.2 试验方案及试验结果 |
| 4.2.3 试验小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间学术成果 |
| 致谢 |
（10）基于深度学习的分布式在线管道损伤识别研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 分布式光纤传感在管道领域的研究现状 |
| 1.2.2 深度学习在管道领域的研究现状 |
| 1.3 本论文研究内容及意义 |
| 第2章 分布式光纤传感系统与深度学习理论研究 |
| 2.1 φ-OTDR分布式光纤传感系统理论研究 |
| 2.1.1 瑞利散射基本原理 |
| 2.1.2 OTDR系统的基本原理 |
| 2.1.3 φ-OTDR系统的基本原理 |
| 2.1.4 基于弱光纤光栅阵列的增强型φ-OTDR系统 |
| 2.2 深度学习理论研究 |
| 2.2.1 神经元模型 |
| 2.2.2 激活函数 |
| 2.2.3 神经网络 |
| 2.3 CNN基本介绍 |
| 2.3.1 CNN基本理论 |
| 2.3.2 1D-CNN与 2D-CNN对比分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于分布式光纤和2D-CNN的管道损伤事件识别研究 |
| 3.1 基于光纤振动传感的管道监测系统设计 |
| 3.2 管道损伤事件光纤振动信号的采集和预处理 |
| 3.2.1 管道损伤光纤振动信号的采集 |
| 3.2.2 管道损伤光纤振动信号的预处理 |
| 3.3 基于管道损伤事件的2D-CNN网络结构设计与实现 |
| 3.3.1 基于2D-CNN的管道损伤事件识别系统的设计 |
| 3.3.2 基于2D-CNN的管道损伤事件识别网络结构设计 |
| 3.3.3 管道损伤事件识别网络的训练过程 |
| 3.3.4 光纤振动信号下管道损伤事件识别网络的可行性分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于光纤传感和2D-CNN的管道损伤检测实验验证 |
| 4.1 φ-OTDR系统的搭建 |
| 4.2 w FBG反射光与传统瑞利散射光的解调信号对比实验研究 |
| 4.3 弱光纤光栅之间的串扰对系统解调信号的影响 |
| 4.4 解调系统的性能指标实验分析 |
| 4.4.1 频谱响应范围 |
| 4.4.2 幅度响应 |
| 4.5 解调系统对于管道损伤振动信号的实验研究 |
| 4.5.1 试验系统的搭建 |
| 4.5.2 管道损伤事件标签设计 |
| 4.5.3 样本数据预处理 |
| 4.5.4 管道损伤事件识别模型的性能评估 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 论文工作总结 |
| 5.2 本文主要创新点 |
| 5.3 研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间发表的论文和参与的项目 |
四、光纤传感阵列状态监测中的光时域反射技术（论文参考文献）
- [1]基于大规模光栅阵列光纤的分布式传感技术及应用综述[J]. 桂鑫,李政颖,王洪海,王立新,郭会勇. 应用科学学报, 2021(05)
- [2]多芯光纤多参量一体化同步感知系统及应用[D]. 冯谦. 中国地震局工程力学研究所, 2021(02)
- [3]基于φ-OTDR系统的交通事件定位识别研究[D]. 徐韶华. 桂林电子科技大学, 2021(02)
- [4]基于集成学习模型的DAS振动源二维定位方法研究[D]. 路豪. 电子科技大学, 2021(01)
- [5]基于分布式光纤场域数据的地下扰动源定位与识别研究[D]. 孟臻. 北京邮电大学, 2021
- [6]分布式光纤传感器在特大型桥梁应变监测研究[D]. 孙晓伟. 青岛科技大学, 2021(01)
- [7]基于弱光栅阵列传感的长距离测温系统研究[D]. 欧阳修筑. 武汉邮电科学研究院, 2021(01)
- [8]基于光栅阵列传感OPGW光缆运行状态监测的应用研究[D]. 邓驰. 武汉邮电科学研究院, 2021(01)
- [9]基于分布式声场传感的地震勘探仪关键技术研究[D]. 张宇昊. 南京大学, 2020(02)
- [10]基于深度学习的分布式在线管道损伤识别研究[D]. 车前. 武汉理工大学, 2020(08)