煤矿井下R-OTDR光纤EEMDMAF去噪算法研究

针对煤矿井下管道存在的潜在瓦斯泄露、粉尘爆炸等问题,提出了基于Ｒ-OTDＲ( Ｒaman Optical Time Domain Ｒeflectometry) 分布式光纤温度传感器的管道安全监测方法,分析了Ｒ-OTDＲ 光纤的技术原理。对于采集过程中温度信号噪声干扰问题,分别采用滑动平均滤波和EEMD( Ensemble Empirical Mode Decomposition) 两种方法进行去噪。仿真结果表明,单独使用两种方法都不能得到最优的去噪结果。将融合滑动平均滤波及EEMD去噪算法,并采用3 个指标用于效果判定。实验结果表明: 先滑动平均再EEMD 能有效去除信号中的干扰噪声,极大地提高了信噪比和系统测量精度,相比传统算法而言,系统传感效率更高。     

基于特征点匹配的点云配准方法研究

针对快速点特征直方图(fast point feature histogram, FPFH)与迭代最近点(iterative closest point, ICP)算法结合的配准方法达不到精度要求的问题,文章在FPFH的基础上加入特征点的提取与匹配,使得配准精度进一步提升。该方法先通过尺度不变特征变换(scale-invariant feature transform, SIFT)算法和3DHarris算法对点云数据的特征点进行提取,再通过计算FPFH寻找对应点对,使用随机采样一致性(random sample consensus, RANSAC)算法剔除错误点对,通过奇异值分解(singular value decomposition, SVD)算法计算初始旋转矩阵和平移矩阵,最后用传统ICP精配准。结果表明,基于特征点匹配的算法相比基于特征描述的算法精度更高。     

双马赫-曾德尔分布式光纤扰动监测系统设计

为解决扰动监测系统定位精度低的问题, 基于对光纤马赫-曾德尔干涉的研究, 设计了改进型双马赫- 曾德尔分布式光纤扰动监测系统。 利用双马赫-曾德尔光纤传感系统光程差定位原理, 通过互相关算法估算光 程差导致的时间差确定扰动点。 淹没于高频噪声的扰动信号经自主设计的信号预处理电路, 采用低通巴特沃 斯滤波器滤除 3. 3 kHz 以上高频噪声, 通过嵌入式采集与处理模块对得到的数据进行平滑滤波, 提高了扰动信 号的相关性, 有效减小了定位误差。 通过多次重复测试和数据分析结果表明, 系统定位误差约为10 m, 可用于 扰动实时监测。     

子环分布式光纤定位矿井救援系统设计

为解决矿难发生时井下人员的定位问题, 提出子环分布式光纤定位系统。该系统利用光纤环干涉原理, 将一子环通过3 dB的耦合器耦合到主环上, 光束分别传输过子环n次, 产生不同的输出干涉光束。通过干涉光和振动信号特征之间的关系获得振动位置。计算与仿真比较的结果表明, 该系统可较精准地检测到主环内的震动位置, 误差相对较小。在矿难发生时, 该系统通过矿工敲动地面或巷道壁得到震动信号, 可以较精准地检测到矿工的具体位置, 为矿难援救提供了科学依据。     

分布式光纤裂缝传感技术的试验研究

为探讨光纤-混凝土复合体在开裂过程中形成的力学-光学本构关系,本文采用模型试验方法对混凝土裂缝监测的分布式光纤传感力学-光学本构关系进行了实测标定,将试验结果中的混凝土裂缝宽度和光损耗值绘于坐标图上,分别采用半对数坐标幂函数拟合和普通坐标的多项式拟合2种方法建立了二者之间的函数关系。2种拟合方法结果的比较表明,普通坐标多项式拟合法优于半对数坐标幂函数拟合法。     

基于P-OTDR分布式光纤传感中信息提取的研究

在介绍了P＿OTDR分布式传感基本原理的基础上,深入研究了从测得的背向散射信号中提取出偏振态演化信息的方法.通过数字平均和解卷积提高了信号的信噪比和系统分辨率,为P＿OTDR分布式光纤传感系统的实用化提供了一定的基础.     

光纤分布式喇曼温度传感系统设计

对基于反斯托克斯/斯托克斯散射光强比值型的光纤分布式喇曼温度传感系统作了较为详细的研究,对系统主要器件的要求进行了计算,为实际应用和分析实验中可能出现的问题提供了理论依据.     

一种改进型神经网络的光纤预警系统适应性研究

针对传统长距离光纤预警系统识别入侵事件误报率高的问题,提出了一种基于改进型神经网络的光纤预警系统并研究了该系统在不同环境下的泛化适应性.系统的分布式传感部分应用Phi-OTDR技术,信号识别部分采用一种改进型的神经网络对入侵事件进行识别分类.最后通过3种情况下的实验,探究了系统的适应性.结果表明,该系统在光纤振动信号识别中有优秀的分类效果,并且在不同的环境条件下也具备良好的适应性.      

光纤监测混凝土面板堆石坝裂缝的布设工艺探讨

光纤传感技术应用于混凝土面板堆石坝裂缝的监测尚属首例,它的埋设工艺是国内外公认的课题,课题组通过重庆鱼跳电站工程的实践,获得了一些宝贵的经验。     

光纤传感技术监测混凝土大坝全相和时效分析方法

光纤监测混凝土大坝安全研究方法的探讨，是深入发展这一研究方向的重要课题。Q．S分析法、S．X分析法是通过鱼跳电站工程实践摸索的分析方法，它通过理论探讨和实践对照，为光纤技术应用于混凝土大坝安全监测积累了一定的经验。     

基于HSS模型与分布式光纤监测的内支撑深基坑变形特性分析

深基坑监测可为基坑设计、施工安全提供重要的技术支持。为研究大连东港商务区内支撑深基坑开挖变形特性,结合分布式光纤监测与常规监测两种手段对基坑围护结构进行开挖同步监测,主要监测对象为：支护桩深层水平位移、内支撑轴力和基坑周边地表沉降。采用基于小应变硬化土体本构模型（HSS）的有限元软件Plaxis进行数值模拟分析,并结合有限元模拟结果与两种深基坑实测数据进行对比分析。研究表明考虑了土体小应变特性的HSS模型的有限元分析结果与实测数据都具有较高的吻合度,证明了模型的合理性。并验证了分布式光纤监测方案较常规监测手段在数据连续性和准确度方面也具有明显的优越性。本文的研究成果可为深基坑支护结构的变形监测和预警提供参考。     

压力传感器输出特性校正及多参数测量

传感器对温度,电源波动等多种工作参数敏感,致使精度大大下降。本文在压力传感器静态标定实验的基础上建立了它的输出特性校正模型,并利用矩阵奇异值分解的方法成功求解了该模型最小二乘解中范数最小的唯一解。经验证,该模型显著改善了传感器的非线性,有效消除了工作参数的影响,使测压精度提高一个数量级。利用传感器对多种工作参数的敏感性,还可以实现多参数测量。本文在不增加任何设备的情况下,实现了用一个压力传感器同时测温和测压,且测压精度提高一个数量级,测温精度优于±１０℃,大大提高了压力传感器的性能价格比。