分布式光纤入侵信号检测与识别

分布式光纤声波传感(DAS)技术通过接收相干瑞利散射光的相位信息来探测声波或振动信号,具有灵敏度高、动态范围广等特性,可利用线性定量测量实现对信号的高保真还原。随着实际应用的需求不断提高,光纤入侵检测领域对事件的定位和识别提出了更高的要求,表现为对入侵事件的准确分类,因此将分布式光纤声波传感技术与模式识别(PR)技术相结合是目前研究的热门,有利于推动分布式光纤传感技术的应用发展。本文总结了近年来在分布式光纤入侵检测的模式识别技术中所应用的特征提取和分类算法的研究进展,回顾了几种实现入侵事件信号识别的特征提取方法及其在不同应用场合面临的特征选择难点,同时对特定事件识别算法的优劣进行分析归纳。     

基于无线传感器网络的远距离结构健康监测

针对复合材料结构健康监测的特点和需求,实现了一套基于无线传感器网络(WSNs)的远距离结构健康监测系统。系统构成包括前端传感监测子系统、WSNs子系统和远终端监控子系统。为了扩大系统的监测范围,降低系统网络功耗及成本,提高系统的稳定性、智能性和抗毁性,研究了自制的无线传感节点、多跳路由技术及小型化配接电路,改进了终端程序和网络节点程序。实验证明:相对于传统有线的监测方式,基于WSNs的结构健康监测具有灵活性高、负重轻、成本低、搭建移动方便、维护容易等优点。     

基于相位光时域反射的光纤分布式声波传感研究

文中提出了一种光纤分布式声波传感方案。作用在传感光纤上的声波信号导致后向瑞利散射光的相位变化,将含有声波信息的后向瑞利散射信号注入到迈克尔逊干涉仪,并采用相位载波解调算法解调出相位信息。实验中采用压电拉伸器模拟声波振动,分布式声波传感系统实现了10 m的空间分辨率以及平坦的频响。     

基于无线传感网络的大型结构健康监测系统

针对大型碳纤维复合材料机翼盒段壁板结构,实现了基于无线传感网络的多点应变结构健康监测系统,采用自组织竞争神经网络成功判剐了集中载荷模拟的损伤位置.本系统由传感采集子系统、无线传感网络子系统和终端监控子系统三部分组成.为了降低系统网络功耗及成本,提高系统的稳定性和可靠性,改善传感网络的实时性和同步性,设计了可直接配接无线传感网络节点的低功耗多通道应变传感器信号调理电路和基于无线传感网络的层次路由协议,开发了多通道应变数据采集、网络簇头转发和中继节点接收等主要软件模块.实验证明,相比于传统有线的监测方法和数据采集系统,基于无线传感网络的结构健康监测系统具有负重轻、成本低、易雏护和搭建移动方便等优点.     

基于吸收光谱乙炔气体浓度在线检测系统的研究

可调谐二极管激光吸收光谱技术是利用二极管激光器的波长调谐特性,获得被选定的待测气体特征吸收谱线的吸收光谱,从而对待测气体进行定性或定量分析技术,与多次反射池相结合,利用谐波检测技术对所提取的微弱信号进行处理,设计了一套远距离在线测量乙炔气体监测系统,经过系统实验,能准确、快速地完成乙炔气体浓度的监测。     

基于弱光栅阵列相位载波解调的分布式井中地震勘探技术研究

分布式光纤声波传感被认为是现有油气资源勘探中最有应用前景的技术,但传统光纤分布式地震勘探利用的光纤本征瑞利散射存在强度随机涨落、偏振衰落等问题,导致解调声场不稳定,系统噪声较高。利用在光纤中插入大量反射率不足1/1 000的全同弱光栅阵列替代瑞利散射,使后向光稳定性显著增强,并采用相位载波解调实现了光纤分布式声波传感(distributed fiber acoustic sensor, DAS)系统噪声的压制。实验室测试结果表明,基于全同弱光栅阵列相位载波解调的DAS系统频响范围可达0.1～320.0 Hz,本底噪声平均约为■,满足了地震检波的需求。现场井中VSP地震资料采集实验表明,全同弱光栅阵列采集到的地震数据信噪比约为传统单模光纤分布式采集数据信噪比的2.5～3.0倍,VSP资料质量有显著提升,为下一代新型光纤分布式地震勘探技术提供了一种有效解决方案。     

井中悬挂式分布式光纤传感系统干扰波分析及压制

井中分布式光纤声波传感(DAS)系统作为新一代井中地震观测装备,与传统的井中三分量数字采集系统相比,具有施工安全、高效,一次激发即可实现全井段观测的优点。DAS系统具有传、感一体的特点,因此在井中光缆悬挂观测时无法实现光缆的完全推靠以及井口段光缆张力的有效减少,这导致地震资料采集时会产生较强的缆波和耦合干扰,从而影响地震资料的信噪比。从地震波的传播规律出发,分析了DAS井中观测干扰波的产生过程和特征,明确了DAS系统缆波干扰和“弹簧波”干扰是由波到达光缆时沿着光缆传播而形成。采用随机中值滤波技术压制缆波干扰以及模拟正反演法压制“弹簧波”干扰,提高了地震采集资料的信噪比。该方法在实际地震资料应用的结果表明：DAS干扰波的分析合理,噪声压制效果明显,去噪后的DAS数据能够获得较好的井中地震成像结果。     

用于石油物探的分布式光纤声波地震检波器

地震检波器是石油勘探中必不可少的工具,主要被用于地震波采集以获取地层信息,进而实现油藏勘察以及压裂采油技术的监控.研究了分布式光纤声波传感(DAS)系统及其在石油物探中的应用,深入分析了DAS技术的干涉式解调原理、算法和参数测试.此外,还进行了地面物探实验,通过外场实验获取了大量地震波信息,绘制出了清晰的地震剖面图,并...     

光纤流量非浸入式测试系统

提出了一种基于湍流振动原理的非浸入式流量测量方法。该方法通过在油管外壁缠绕特定长度的传感光纤,并在传感光纤两端焊接光纤光栅组成光纤流量传感单元。由于流体流过管壁时湍流产生动态压力,动态压力会导致缠绕在管壁上的传感光纤相位发生变化;通过光纤干涉仪技术、时分复用技术及相位载波调制解调技术解调出相位信息,即可实现流量的在线监测。实验数据分析显示,得到的相位变化与流速呈二次曲线关系,设计的实验系统可实现5~50m3/h流量的实时在线测量。由于采用光纤作为传感器感知流量信号,该方法结构简单可靠,灵敏度高,避免了传感光纤流量计需要浸入流场的缺陷,是井下流量测试的理想方法。     

采用后向瑞利散射空间差分的周界安防分布式振动监测

提出了应用于周界安防的基于后向瑞利散射光空间差分干涉的光纤分布式振动传感监测方案。环境振动信号引起传感光纤的相位变化,含有相位信息的后向瑞利散射信号注入到非平衡迈克尔逊干涉仪,实现了后向瑞利散射信号的空间差分干涉,光纤分布式振动传感监测完成相位信号的解调,提高了系统的灵敏度。该系统能够实时监测入侵者的行走路线和速率以及模拟挖掘的距离的判断,实现了15 dB的信噪比以及35 m的探测距离。