本文關(guān)鍵詞：Ф-OTDR分布式光纖擾動(dòng)傳感系統(tǒng)模式識(shí)別研究

  更多相關(guān)文章： 光纖傳感器 分布式 Φ-OTDR 擾動(dòng)事件識(shí)別 多特征參量

【摘要】：分布式光纖擾動(dòng)傳感系統(tǒng),具有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)需外場(chǎng)供電、檢測(cè)距離長(zhǎng)、范圍廣,以及抗電磁干擾等優(yōu)勢(shì),廣泛應(yīng)用于周界安防、油氣管道、通信光纜監(jiān)測(cè)等諸多領(lǐng)域。基于相位敏感光時(shí)域反射計(jì)(Φ-OTDR)的分布式光纖傳感系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分辨率高、系統(tǒng)穩(wěn)定及可以同時(shí)對(duì)多擾動(dòng)事件定位等顯著的優(yōu)勢(shì),已成為目前分布式光纖擾動(dòng)傳感系統(tǒng)中新的關(guān)注點(diǎn)。本文針對(duì)Φ-OTDR分布式光纖傳感系統(tǒng)的擾動(dòng)事件識(shí)別開(kāi)展深入的理論與實(shí)驗(yàn)研究工作,所提出的基于多特征參量的擾動(dòng)事件模式識(shí)別方法,能夠克服現(xiàn)有單一特征參量模式識(shí)別方法的局限,有效提高擾動(dòng)事件目標(biāo)識(shí)別結(jié)果的準(zhǔn)確性。本文的主要研究工作如下：(1)針對(duì)Φ-OTDR分布式光纖傳感系統(tǒng)傳感原理和傳感信號(hào)特點(diǎn),從光波導(dǎo)理論和彈性力學(xué)出發(fā),建立了Φ-OTDR分布式光纖傳感器擾動(dòng)的光路數(shù)學(xué)模型。進(jìn)而,對(duì)擾動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析和建模,為后續(xù)信號(hào)處理和模式識(shí)別提供理論和方法支持。(2)提出一種基于Φ-OTDR分布式光纖擾動(dòng)傳感系統(tǒng)多特征參量的模式識(shí)別方法。從模糊數(shù)學(xué)以及Φ-OTDR傳感系統(tǒng)信號(hào)特征的角度出發(fā),對(duì)多特征參量模式識(shí)別方法進(jìn)行了研究。分析了多特征參量的模糊評(píng)價(jià)矩陣、模糊屬性評(píng)價(jià)模型和判決原則,明確了用于多特征參量模式識(shí)別的四種特征參量。所提出的擾動(dòng)模式識(shí)別方法,對(duì)降低算法復(fù)雜度、提升系統(tǒng)性能具有重要意義。(3)搭建了Φ-OTDR分布式光纖擾動(dòng)傳感實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),并對(duì)所提出的Φ-OTDR分布式光纖傳感系統(tǒng)模式識(shí)別方法進(jìn)行了可行性驗(yàn)證及實(shí)際測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,提出的識(shí)別方法可有效區(qū)分敲擊、攀爬、澆水(模擬下雨環(huán)境)和輕度碾壓(模擬非破壞性人為擾動(dòng))等多種不同類型擾動(dòng)事件,識(shí)別率分別達(dá)到91.2%,88.3%,90%和86.7%�？朔F(xiàn)有單一特征參量目標(biāo)識(shí)別方法識(shí)別模式受限的問(wèn)題,有效提高了擾動(dòng)事件目標(biāo)識(shí)別結(jié)果的準(zhǔn)確性。
【關(guān)鍵詞】：光纖傳感器 分布式 Φ-OTDR 擾動(dòng)事件識(shí)別 多特征參量
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN253
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 緒論11-25
• 1.0 引言11
• 1.1 分布式光纖傳感技術(shù)11-13
• 1.2 分布式光纖擾動(dòng)傳感器的主要應(yīng)用13-15
• 1.3 分布式光纖擾動(dòng)傳感器主要技術(shù)方案15-23
• 1.3.1 光時(shí)域反射計(jì)方案15-19
• 1.3.2 光纖光柵陣列方案19-20
• 1.3.3 干涉儀型方案20-23
• 1.4 基于Φ-OTDR的FDDS系統(tǒng)及其擾動(dòng)模式識(shí)別的研究進(jìn)展23-24
• 1.5 研究意義與研究?jī)?nèi)容24-25
• 1.5.1 研究意義24
• 1.5.2 研究?jī)?nèi)容24-25
• 2 Φ-OTDR分布式光纖擾動(dòng)傳感系統(tǒng)理論研究25-35
• 2.1 引言25
• 2.2 瑞利散射25-27
• 2.2.1 彈性光散射25-26
• 2.2.2 瑞利后向散射26-27
• 2.3 Φ-OTDR分布式光纖擾動(dòng)傳感器27-31
• 2.3.1 Φ-OTDR基本原理27
• 2.3.2 Φ-OTDR分布式光纖擾動(dòng)傳感器原理27-28
• 2.3.3 Φ-OTDR分布式光纖擾動(dòng)傳感器輸出信號(hào)分析28-31
• 2.4 移動(dòng)差分31-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 3 Φ-OTDR分布式光纖擾動(dòng)傳感系統(tǒng)多特征參量模式識(shí)別35-52
• 3.1 引言35
• 3.2 分布式光纖傳感系統(tǒng)信號(hào)的模式劃分35-36
• 3.2.1 模式劃分的依據(jù)35-36
• 3.2.2 模式種類的劃分36
• 3.3 特征參量提取36-44
• 3.3.1 平方差37-38
• 3.3.2 短時(shí)過(guò)電平率38-40
• 3.3.3 短時(shí)傅里葉變換40-43
• 3.3.4 擾動(dòng)持續(xù)時(shí)間43-44
• 3.4 多特征參量的隸屬函數(shù)44-48
• 3.5 多特征參量的模糊評(píng)價(jià)矩陣48
• 3.6 多特征參量的模糊屬性評(píng)價(jià)模型48-50
• 3.6.1 因素決定型綜合評(píng)價(jià)模型49
• 3.6.2 加權(quán)平均型綜合評(píng)價(jià)模型49
• 3.6.3 幾何平均型綜合評(píng)價(jià)模型49-50
• 3.7 多特征參量模式識(shí)別方法50
• 3.8 本章小結(jié)50-52
• 4 Φ-OTDR分布式光纖擾動(dòng)傳感系統(tǒng)實(shí)際測(cè)試52-63
• 4.1 引言52
• 4.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建52-55
• 4.3 信號(hào)采集、處理與結(jié)果分析55-62
• 4.4 本章小結(jié)62-63
• 5 結(jié)論63-65
• 5.1 論文完成的主要工作63-64
• 5.2 下一步研究建議64-65
• 參考文獻(xiàn)65-69
• 作者簡(jiǎn)歷及攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果69-71
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集71

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