导读:本文包含了分布式光纤传感系统论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:光纤光学,光纤传感,布里渊光时域分析,自适应梯度下降算法
分布式光纤传感系统论文文献综述
王婷,田凤,汤文青,崔岩松[1]（2019）在《分布式光纤温度传感系统的布里渊频移提取方法》一文中研究指出基于布里渊光时域分析(BOTDA)的分布式光纤传感系统被广泛用于测量外界环境的温度、应力等信息。为了进一步提高分布式光纤传感系统的测量精度与速度,提出一种基于自适应梯度下降算法的布里渊频移提取方法,搭建了24.4km基于BOTDA的分布式温度传感系统,并进行实验验证。结果表明,与传统莱文伯-马奈特洛伦兹拟合法相比,本文方法能够快速、准确地提取出布里渊频移,对提高基于BOTDA的分布式温度传感系统的测量精度具有重要意义。(本文来源于《激光与光电子学进展》期刊2019年17期）
徐行,彭和阔,周鹏威,贾波,肖倩[2]（2019）在《EDFA对长距离分布式光纤传感系统的附加拍频噪声研究》一文中研究指出在基于波分复用技术的分布式光纤传感系统中,由于宽谱光源具有较大的强度噪声,光谱法测噪声系数的噪声特性评估方式不再适用.本文利用光的受激辐射与自发辐射偏振状态的差异性,提出一种双光路偏振平衡法,可以较为准确地测出分布式光纤传感系统中由掺铒光纤放大器(EDFA)引入的附加拍频噪声及该噪声对系统性能的影响.实验结果表明:输入光功率是影响系统附加噪声因子的主要因素,随着输入EDFA的光功率从10μW增大到250μW,系统的附加噪声因子随之线性增加,而泵浦电流对附加噪声因子影响较小.对于实验中所采用的EDFA及系统光源,将输入EDFA的信号功率控制在100μW以内,可使其附加噪声因子控制在0.002以下,使系统保持较好的性能.(本文来源于《复旦学报(自然科学版)》期刊2019年04期）
邹捷,王宇,张建国,刘昕,白清[3]（2019）在《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》一文中研究指出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22 km传感光纤上对振动信号进行有效定位,定位误差在20 m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。(本文来源于《中国测试》期刊2019年06期）
于婷婷[4]（2019）在《分布式光纤传感系统测试平台的设计》一文中研究指出分布式光纤传感技术通过检测沿光纤每个位置的散射光强度,来推算出光纤上的温度和应变分布。布里渊光时域分析仪(Brilouin Optical Time Domain Analysis:BOTDA)是一种分布式光纤传感技术,它适用于长距离、大范围和高灵敏度的分布式光纤传感系统,能对于光纤上的温度和应变实现准确实时的测量,有重要的研究意义和实用价值。本论文研究了光纤中的布里渊散射效应和BOTDA的传感原理,基于BOTDA传感系统的信号特点,设计了一种分布式光纤传感系统测试平台。本论文的主要研究内容和创新点如下:(1)基于FPGA的分布式光纤传感系统测试平台的设计本文在研究了BOTDA传感系统基础上,提出了基于FPGA的分布式光纤传感系统的实现方案。针对方案中对各个模块的功能需求,进行了FPGA,高速ADC和扫频模块等硬件电路设计以及基于FPGA的系统逻辑设计。并应用仿真软件对各个模块进行了仿真,结果表明,设计的方案可以实现传感信号的有效测量。(2)一种基于频率合成技术的频率扫描实现方案根据系统对频率和步长可调的频率扫描的需求,提出了应用宽带RF频率合成芯片LMX2594来产生扫频信号的方案,并进行了硬件电路的设计。LMX2594可在不使用内部加倍器的情况下生成10MHz至15GHz范围内的任何频率,内置的32位N分频器可满足频率步进为1Hz的扫频输出,且可通过编程控制其输出的频率及步进长度,为布里渊散射光谱特征提取算法的实现提供了硬件支持。结果表明,设计的频率扫描模块可满足系统的需求。(3)基于半间隔搜索扫频法的布里渊散射光谱特征提取算法的实现方案由于基于互相关算法的布里渊散射光谱特征提取方法的系统测量时间长,本文提出了基于半间隔搜索扫频法的布里渊散射光谱特征提取算法。传统算法设置扫频模块的输出频率为步进增长,而优化算法主要结合二分查找法的思想设置扫频模块的输出,缩短了频率扫描的范围,使系统的测量时间明显缩短。基于(2)中扫频模块的硬件基础,优化算法可得以实现。应用两种算法对常温和加温条件下采集的实验数据做了仿真,结果表明,两种算法均可对温度准确有效测量,优化算法较传统算法的系统测量时间有明显缩短。(本文来源于《北京邮电大学》期刊2019-06-03）
于发硕[5]（2019）在《分布式Sagnac光纤传感系统的振动信号模式识别研究》一文中研究指出分布式光纤传感器以光纤作为传感元件与传感信号传输媒质,能够实现远距离、大范围的传感,在缺乏通信、电力等复杂环境下也能以低成本实现高质量的传感,具有其它传感器不可替代的优势。但由于检测距离长、激光器光源噪声、外界环境干扰问题,分布式光纤传感信号伴随着大量非入侵的信号,导致系统虚警率高,因此分离出传感信号中的入侵信号是系统关键之一,有效的入侵信号提取算法,能够精准快速的从伴随非入侵信号的传感信号中分离出入侵信号,降低系统后期对入侵信号识别时的计算量,提升系统后期对入侵信号的识别率。入侵传感信号识别是系统另一关键点,是指对入侵传感信号种类进行识别。光纤传感系统对外界的传感反应在对光信号的相位调制上,这些传感信号波形往往极为相似,增加了种类识别的难度,也增加了系统的误报率。如何用综合性强的特征来表征光纤入侵信号,以及选择合适的分类器对入侵信号分类也是近年来的研究难点。本文从多方面对分布式光纤传感进行了研究,主要内容如下:1、分析光纤作为敏感元件的基本传感原理,研究了Sagnac型与其它几种常用的分布式光纤传感结构的传感原理,总结当前Sagnac型分布式光纤传感系统入侵信号模式识别现状。2、针对分布式光纤入侵信号提取不精确,常导致分离出的入侵信号含有多余信号,增加特征提取与模式识别计算量,降低系统对入侵信号的识别率,提出利用融合短时过电平和短时对数能量的LC(Level Crossing,LC)算法对入侵信号提取、分析了CA-CFAR计算自适应阈值的算法。3、在分布式光纤振动信号提取方面,采用小波变换、EMD分解,提取分布式光纤振动信号的峭度、能量、能量占比等频域特征,联合传统时域特征形成多维联合特征表征光纤入侵信号。4、构建支持向量机(support vector machine,SVM)与极限学习机(extreme learning machine,ELM)对入侵信号进行识别,对比了不同入侵信号特征组合在不同分类算法中的识别率与识别稳定性。(本文来源于《新疆大学》期刊2019-06-03）
张艾伦[6]（2019）在《基于概率神经网络分类器的Φ-OTDR分布式光纤扰动传感系统模式识别研究》一文中研究指出分布式光纤传感系统具有无需外场供电、抗电磁干扰能力强、探测灵敏度高、监测范围广、便于集成等优势,已经成为了传感器领域的研究热点之一。目前,分布式光纤传感系统己广泛应用于油气管道状态检测、大型结构探伤、国土安全监控等诸多领域。在众多类型的分布式光纤传感技术中,基于相位敏感光时域反射器(Φ-OTDR)的传感系统凭借着其空间分辨率高、系统结构简单、可同时定位多个扰动事件等优点,成为当前长距离分布式光纤传感系统研究的主流方向之一。本文针对Φ-OTDR分布式光纤传感系统在实际应用中遇到的误报率较高、对于扰动事件是否有害判别不清的问题,提出了基于概率神经网络(PNN)模型分类器的扰动事件模式识别方法,有效实现了对不同类型的扰动事件的区分。本文主要完成的研究工作如下:(1)在理论研究Φ-OTDR分布式光纤传感系统的原理及其系统的输出信号特征的基础上,构建了基于Φ-OTDR分布式光纤传感实验平台,实验采集浇水、攀爬、敲击与碾压四类扰动信号以及无扰动时的输出信号,研究了时域信号及时域差分信号相应的特征值的提取并将扰动信号划分为测试样本,为后续扰动信号模式识别研究奠定了基础。(2)提出了基于概率神经网络模型的扰动事件模式识别方法,并通过样本数据加以实验验证。实验结果表明该方法对于五种事件类型(浇水、攀爬、敲击、碾压与无扰动)的平均识别正确率达到了 97.57%、95.68%、99.92%、99.08%、99.97%,该方法可以有效区分不同扰动事件,但实时性较低。网络模型的建立与识别的平均时间为1.1369秒。(3)根据概率神经网络模型的工作流程,为了实现在保证识别准确性的前提下改善算法的实时性,提出了通过使用平均影响因子的改进方案与通过使用主成分分析方法的改进方案,并通过仿真实验对两种方案加以验证。两种方案的对五种情况的平均识别正确率分别达到了 93.36%、92.48%、97.01%、96.99%、99.60%和96.80%、94.13%、99.36%、98.45%、99.95%,两种改进方案的识别时间分别为 0.8745秒和0.9308秒,较原始模型有所提高。(4)根据现有样本数据探索一种“删减-放回”的样本库构建方法,并利用这种方法建立起两种改进模型样本占总样本比重为70%、60%、50%、40%的样本库,并加以实验验证分析。试验结果表明在现有数据基础上,在使用占比为50%以上的样本库进行识别工作仍可以得到90%以上的正确率。(本文来源于《北京交通大学》期刊2019-06-01）
付群健[7]（2019）在《分布式光纤振动传感系统模式识别方法研究》一文中研究指出相位敏感光时域反射计(Phase-Sensitive Optical Time Domain Reflectometer,(37)OTDR-)是分布式光纤振动传感系统的一种典型结构,以光纤作为传感传输媒介,具有结构简单、使用方便、测量范围广泛以及抗干扰等优势,在现代人工智能测量领域扮演越来越重要的角色。随着现代人工智能领域不断发展,仅仅对振动信号进行测量和定位已经无法满足实际需求,在确定振动事件发生的同时,还需要确定振动信号类型以及判断振动起因。因此,需要开展对相位敏感振动信号进行模式识别方法研究。本学位论文针对(37)OTDR-分布式光纤传感系统模式识别方法进行研究,主要包括振动信号的特征获取和振动信号分类,对不同的算法进行对比、研究及改进,达到提高准确率、降低误报率的目的。本学位论文主要完成的研究工作如下:1.本文系统地介绍了分布式光纤振动传感系统,包括研究现状及现有的系统结构,OTDR理论模型的构建及仿真。主要介绍目前模式识别达到的研究水平及主要的研究方法,阐述目前方法存在的问题。2.本文详细地阐述了振动信号处理流程,包括解调、定位、特征提取及特征工程。其中针对振动信号的特点,提出一种希尔伯特变换(Hilbert)结合改进的经验模态分解(Modified Ensemble Empirical Mode Decomposition,MEEMD)的特征提取方法,并分别仿真、模拟实验对比了经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)和互补经验模态分解(Complementary Ensemble Empirical Mode Decomposition,CEEMD)方法。通过对比,可以得出MEEMD分解方式在信号特征提取方面耗时短,相对于CEEMD,节省3.1363s,准确率高,重构误差最小。3.本文以MEEMD方法为主,结合时域、能量域等方法,对无振动信号、人走路、振动隔离网、重物坠落以及小车通过等事件进行实验分析。在已知振动信号的类型的情况下重复实验,获得3000组振动信号的特征向量组,包含振动事件的振动信息,作为事件类型的特征输入。4.本文针对分布式光纤传感系统的灵敏度高、误报率高的特点,采用一种二级分类器设计。通过支持向量机(Support Vector Machine,SVM)分类方法进行一级分类,区分环境干扰及人为干扰;根据人工智能中的机器学习算法,采用集成学习算法作为第二级分类器,进行随机森林和梯度增强决策树(Gradient Boosting Decision Tree,GBDT)两种分类器设计,通过调节分类器参数,确定分类器模型,并对比不同模式识别模型准确率,在工程应用中,针对不同的应用场景需求,灵活选取。5.本文搭建实验环境,采集环境、振动信号作为实验数据,经过特征提取方法获得3000组振动特征向量,将其中的80%数据作为训练样本数据,20%作为测试样本数据,通过交叉验证的方式,对分类器参数进行调优,获得分类器模型。对未知振动信号进行模型检测,两种分类器的准确率在相同样本数据的情况下,均达到97%以上。(本文来源于《吉林大学》期刊2019-06-01）
蔡银森[8]（2019）在《多参量分布式光纤传感系统的研究》一文中研究指出分布式光纤传感(Distributed Optical Fiber Sensing,DOFS)技术具有传感距离长、响应速度快、精度高、多物理量敏感等优势。因此DOFS在大型基础设施的健康监测、地质勘探、周界安防等领域具有广泛的潜在应用价值。传统的分布式光纤传感系统往往对单一参量进行检测,例如通过损耗检测光纤链路微弯或断裂、通过温度监测器件是否过载,通过振动分析被测对象的结构健康状况。然而仅仅监测单一物理量有时无法对事故进行有效预警和判断。例如输油管道发生异常是由管道变形、管道断裂、油品泄漏等多种因素相互作用所产生的结果,仅仅对温度或者振动进行检测会产生较高的误报率,如果能够同时获取多个参量综合进行评判,便可以显着降低误报率。多参量分布式光纤传感因此显得越发重要,并且已经渐渐成为分布式传感一个重要发展趋势。目前国内外对于多参量的分布式测量主要集中于对应力和温度的同时测量,其中最具有代表性的是利用布里渊散射的光时域反射技术(BOTDR),然而BOTDR系统存在应力与温度交叉敏感的问题,同时BOTDR系统只能对静态参量进行检测,无法实现外部振动的动态检测。相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)因其灵敏度高、响应速度快等优势被广泛应用于振动事件监测,然而传统Φ-OTDR系统仅对振动敏感,无法进行静态参量的监测。目前很少有融合系统能够在不增加系统复杂度的前提下同时进行动态和静态参量测量。针对上述问题,本文的主要研究工作如下:首先本文基于瑞利和拉曼散射,实现了具有高度硬件复用特性的融合系统结构,能够在几乎不增加系统复杂度的情况下,同时实现对振动、温度的连续分布式感测。实验结果表明此融合系统对待测光纤沿路振动和温度的测量均能够达到12km以上。在外部振动测量方面,融合系统以10m的空间分辨率实现500Hz频响范围,并能够准确重构敲击类事件的频谱特征。同时系统使用相干探测和解缠绕处理算法实现了对外部PZT施加正弦振动信号的定量恢复,不同频率下和实际测量值的拟合误差仅为0.00004,振动事件的信噪比高于20dB。在测温方面,系统在50℃左右的温度不确定度为0.29℃。其次本文提出了一种基于光源扫频技术的Φ-OTDR和COTDR融合系统,系统不仅能够高精度监测光纤链路本身的损耗情况,而且能对外部振动事件进行同步测量。由于扫频技术的引入,此系统避免了Φ-OTDR系统中的死区问题。通过研究扫频原理给出了脉冲周期、脉冲宽度与扫频速度之间的关系,从而确定合适的扫频速度,使得融合系统既可以获得高精度的损耗测量曲线又可正常监测外部振动。实验中在9.5km处测得的振动事件信噪比大于10dB。融合系统测得的COTDR曲线波动为0.15dB,动态范围为23dB。实验结果说明此融合系统能够实时监测光缆沿线的外部振动信号,可以对非法入侵与破坏所造成的光缆链路故障进行准确识别并进行预警。综上所述,通过本文的研究工作,提出了切实可行的多参量分布式光纤传感方案,能够同时对温度、损耗、振动进行同步检测,为提升DOFS技术在现场应用中的可靠性提供技术支撑。(本文来源于《南京大学》期刊2019-05-26）
何巍巍,刘艳玲,李军,张巍,王磊[9]（2019）在《基于拉曼散射的分布式光纤传感测温系统研究及应用》一文中研究指出针对目前油田在高温高压环境,特别稠油热采条件下温度监测困难,引入了一种基于拉曼散射的分布式光纤测温系统,实时监测井下温度场的变化。通过理论分析研究搭建分布式光纤测温系统地面解调仪,并通过室内实验对分布式光纤测温系统地面解调仪的响应规律进行实验。测量过程中将光纤置于温度可变且可知的温度场中,通过温度场温度的变化来推导出仪器响应信号与温度的关系,给出了基于拉曼散射的光纤测温系统的测温图板。实验表明,分布式光纤测温系统对于温度有很好的线性响应,测温结果稳定性好。将分布式光纤测温系统应用于油水井动态监测,可以全井段实时监测得温度剖面变化,监控生产措施流程,评价措施效果,分析油水井生产动态。(本文来源于《钻采工艺》期刊2019年03期）
汪梦瑶[10]（2019）在《基于光时域反射的准分布式光纤光栅甲烷传感系统的关键技术研究》一文中研究指出在我国工业化进程中,光纤气体检测传感是工业安全工作中极为重要的课题。其中,煤矿行业是我国工业发展非常重要的行业,因此用于煤矿的光纤甲烷气体传感器的研究更是重中之重,对我国安全监测工作具有非常重要的意义。目前,市面上的光纤甲烷气体传感器大多是结构复杂,体积笨重,价格昂贵且不能实现分布式测量,很难集成到系统应用在工业安全中。因此,研究出一种易集成、结构简单、高精度的准分布式甲烷气体传感器具有非常重要的实际意义。本文所讲述的准分布式光纤甲烷传感系统是以光时域反射原理和时分复用技术结合在一起的准分布式光纤甲烷传感系统。该系统通过时分复用技术用一条光纤串联多组气室与啁啾光栅作为系统的传感模块,经光环形器将从传感模块反射回来的信号传输到系统的探测采集模块,然后采集分析返回的信号,可以测量甲烷气体的浓度,并且由于光时域反射原理,从采集的信号可以对煤矿中甲烷气体定位。除此之外,由于啁啾光栅的宽带宽特性和甲烷光谱的特性,可以通过改变温度来改变激光器输出波长,根据高斯牛顿迭代法模拟甲烷气体的吸收光谱,实现甲烷气体吸收光谱下的浓度解调,提高了系统对浓度解调的精确度。本系统结构简单,成本低廉,且能够实现高精度的准分布式甲烷检测。本文根据准分布式光纤甲烷传感系统,对甲烷浓度的解调方法和系统性能进行详细的研究,论文的内容如下:1.阐述了准分布式甲烷检测系统的基本原理。首先介绍了光谱吸收的基本理论,解释了特定气体吸收特定波长的原因,定量分析了光通过待测气体前后的比例关系,并且确定了甲烷气体吸收光谱的线强和线型函数。通过介绍时分复用技术、光时域反射原理以及啁啾光栅检测原理,提出了可以准分布式测量的时分复用系统结构。2.研究并搭建了准分布式甲烷检测系统的结构和结构中器件的选型标准,阐述了系统的工作过程。系统主要分为四个模块,光源模块、调制模块、传感模块和探测采集模块。光源模块发出的光经过调制模块调制成脉冲光,经环形器进入传感模块,从传感模块返回的信号经环形器传输到探测采集模块。3.提出了准分布式甲烷检测在单波长下和多波长下的甲烷浓度解调方法。在单一波长下,采集出的信号是与光强相对应的幅度值。将Lambert-Beer定律公式变换成浓度—光强比值取对一次函数,并根据一元线性回归分析法模拟出最佳回归系数,进而解调甲烷浓度。在多波长情况下,通过高斯牛顿迭代法模拟甲烷在1653.7nm附近的吸收光谱,将测量出的不同波长下浓度—光强比值取对点迭加在一个模拟吸收光谱上,并对该光谱进行积分和峰值运算解调出甲烷浓度。4.阐述了准分布式甲烷检测系统平台的实验环境,并在此环境下定性定量分析系统的各项性能指标,验证系统的实用性。通过检测系统光纤链路中的损耗证明系统在光路中的损耗符合应用要求;然后,通过累加平均算法去除白噪声;最后,通过重复性实验证明准分布式系统具有良好的重复性和稳定性,适合长时间监测甲烷浓度的应用场景。(本文来源于《山东大学》期刊2019-05-25）
分布式光纤传感系统论文开题报告
（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：
在基于波分复用技术的分布式光纤传感系统中,由于宽谱光源具有较大的强度噪声,光谱法测噪声系数的噪声特性评估方式不再适用.本文利用光的受激辐射与自发辐射偏振状态的差异性,提出一种双光路偏振平衡法,可以较为准确地测出分布式光纤传感系统中由掺铒光纤放大器(EDFA)引入的附加拍频噪声及该噪声对系统性能的影响.实验结果表明:输入光功率是影响系统附加噪声因子的主要因素,随着输入EDFA的光功率从10μW增大到250μW,系统的附加噪声因子随之线性增加,而泵浦电流对附加噪声因子影响较小.对于实验中所采用的EDFA及系统光源,将输入EDFA的信号功率控制在100μW以内,可使其附加噪声因子控制在0.002以下,使系统保持较好的性能.
（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。
分布式光纤传感系统论文参考文献
[1].王婷,田凤,汤文青,崔岩松.分布式光纤温度传感系统的布里渊频移提取方法[J].激光与光电子学进展.2019
[2].徐行,彭和阔,周鹏威,贾波,肖倩.EDFA对长距离分布式光纤传感系统的附加拍频噪声研究[J].复旦学报(自然科学版).2019
[3].邹捷,王宇,张建国,刘昕,白清.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[J].中国测试.2019
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[5].于发硕.分布式Sagnac光纤传感系统的振动信号模式识别研究[D].新疆大学.2019
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[8].蔡银森.多参量分布式光纤传感系统的研究[D].南京大学.2019
[9].何巍巍,刘艳玲,李军,张巍,王磊.基于拉曼散射的分布式光纤传感测温系统研究及应用[J].钻采工艺.2019
[10].汪梦瑶.基于光时域反射的准分布式光纤光栅甲烷传感系统的关键技术研究[D].山东大学.2019