分佈式光纖振動傳感器檢測技術及應用

第1章 緒論 1
1.1 光纖傳感器簡介 1
1.1.1 光纖傳感器的歷史 1
1.1.2 光纖傳感器的優點 2
1.1.3 光纖傳感器的分類 3
1.2 分佈式光纖傳感器基本原理 4
1.2.1 分佈式光纖傳感器的概念 4
1.2.2 基於光時域反射的分佈式光纖傳感 5
1.2.3 基於乾涉技術的分佈式光纖傳感 6
1.3 乾涉型分佈式光纖傳感系統定位技術 6
1.3.1 基於Sagnac乾涉原理的定位技術 6
1.3.2 基於雙波長Sagnac乾涉原理的定位技術 8
1.3.3 基於雙Mach-Zenhder乾涉原理的定位技術 9
參考文獻 10
第2章 基於波分復用的分佈式光纖振動傳感器及定位原理 13
2.1 基於波分復用的分佈式光纖傳感器的基本結構 13
2.1.1 波分復用技術 13
2.1.2 波分復用系統基本結構 13
2.1.3 3×3光纖耦合器對系統的影響 15
2.2 基於波分復用的分佈式光纖傳感器的定位原理 19
2.3 相位載波解調在系統中的作用分析 25
2.3.1 相位載波解調在系統中的應用 25
2.3.2 相位生成載波的消散射作用分析 30
2.4 系統光路穩定性研究 33
2.4.1 光纖中光波的偏振態 33
2.4.2 系統的偏振穩定性分析 35
參考文獻 41
第3章 基於時延估計的分佈式光纖振動傳感系統及定位原理 43
3.1 單芯分佈式光纖振動傳感系統結構 43
3.2 單芯分佈式光纖振動傳感系統定位原理 45
3.3 自適應時延估計 48
3.3.1 理論依據 49
3.3.2 LMSTDE的結構與算法 51
3.3.3 時延估計的性能 51
3.3.4 電腦模擬 52
參考文獻 54
第4章 分佈式光纖傳感系統的定位試驗研究 56
4.1 分佈式光纖傳感系統的定位試驗系統開發 56
4.1.1 分佈式光纖傳感系統 56
4.1.2 擾動發生位置標定系統 57
4.2 基於波分復用的分佈式光纖傳感定位試驗研究 57
4.2.1 試驗方案設計 58
4.2.2 試驗結果與分析 59
4.3 基於時延估計的分佈式光纖傳感定位試驗研究 70
4.3.1 試驗方案設計 70
4.3.2 試驗結果與分析 71
第5章 分佈式光纖傳感的振動信號處理方法 79
5.1 端點檢測 79
5.1.1 基於短時能量的端點檢測方法 79
5.1.2 基於譜質心的端點檢測方法 84
5.1.3 基於能量、譜熵相結合的端點檢測方法 90
5.1.4 基於小波變換的端點檢測方法 95
5.1.5 四種端點檢測方法的比較和分析 99
5.2 去噪分析 101
5.2.1 系統噪聲分析 101
5.2.2 小波去噪 102
5.3 相位還原算法 106
5.3.1 相位還原方法理論分析 106
5.3.2 試驗模擬 109
5.3.3 實際擾動信號的相位還原 110
5.3.4 微弱信號的處理 111
5.4 頻譜分析 112
參考文獻 117
第6章 基於經驗模態分解的光纖振動信號特徵提取 120
6.1 分佈式光纖傳感系統中的非平穩隨機信號處理技術 120
6.1.1 非平穩隨機信號的基本概念 120
6.1.2 非平穩隨機信號分析方法 120
6.2 經驗模態分解 122
6.2.1 經驗模態分解瞬時頻率 122
6.2.2 固有模態函數 123
6.2.3 時間特徵尺度 124
6.3 分佈式光纖振動信號的經驗模態分解 125
6.3.1 經驗模態分解的基本原理 125
6.3.2 經驗模態分解步驟 125
6.4 基於經驗模態分解光纖振動信號的模擬及特徵提取 127
6.4.1 模擬信號經驗模態分解研究 127
6.4.2 檢測信號的特徵提取研究 129
參考文獻 136
第7章 基於多維特徵的光纖振動信號識別 138
7.1 基於Mel頻率倒譜系數的光纖振動信號特徵提取 138
7.1.1 Mel頻率倒譜系數算法及倒譜分析 138
7.1.2 試驗結果與分析 139
7.2 基於註意力機制的顯著性特徵提取 144
7.2.1 註意力機制 144
7.2.2 顯著性特徵提取算法 144
7.2.3 試驗與結果分析 150
7.3 捲積神經網絡 152
7.3.1 基本結構 152
7.3.2 捲積神經網絡分類網絡模型 154
7.4 基於多維特徵的光纖振動信號識別 157
7.4.1 多維特徵輸入模型設計 157
7.4.2 損失函數設計 157
7.4.3 捲積神經網絡模型改進 158
7.5 試驗和分析 160
7.5.1 試驗環境和數據集 160
7.5.2 試驗結果與分析 163
7.6 系統測試 169
參考文獻 171
第8章 基於Self-AM-BiLSTM的光纖傳感振動信號識別 173
8.1 基於BiLSTM的光纖振動信號識別 173
8.1.1 長短時記憶網絡 173
8.1.2 雙向長短時記憶網絡 175
8.1.3 網絡模型搭建與訓練 175
8.2 基於Self-AM-BiLSTM的光纖振動信號識別 178
8.2.1 基於自註意力機制的光纖振動信號處理 178
8.2.2 自註意力機制 178
8.2.3 網絡模型搭建與訓練 179
8.3 試驗與結果分析 182
8.3.1 試驗環境和數據集 183
8.3.2 試驗結果分析 185
參考文獻 196