基于随机波长幅值采样的大动态范围分布式声波传感研究
批准号:
62205037
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
20.0 万元
负责人:
刘涛
依托单位:
学科分类:
传输与交换光子器件
结题年份:
2024
批准年份:
2022
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘涛
中文摘要
近年来我国的高速铁路飞速发展,因此建设高铁智能化状态监测与灾害预警系统,进一步提升高铁安全应急保障能力成为亟待解决的国家重大需求。高铁健康状态监测需要实时监测长距离铁路沿线上随机发生的宽频带、大动态振动信号,分布式光纤声波传感器(DAS)通过提取传输光纤沿线上任意位置的瑞利散射信号的相位波动,实现了长距离无盲区的高灵敏振动信号测量,开始在高铁智能监测系统中扮演不可替代的作用。然而,现有的DAS技术存在大动态应变信号的相位缠绕问题,极大限制了其对高频振动信号的测量范围,制约其在高铁轨道健康监测中的应用。本项目基于申请人及其团队在多波长复用DAS系统和压缩感知算法的研究基础上,提出基于多波长随机幅值采样和压缩感知解缠绕算法解决现有DAS技术中存在的相位缠绕问题,扩展DAS系统的动态测量范围。本项目研究成果将在国家重大交通设施和高铁轨道的健康状态监测领域发挥重要作用。
英文摘要
Recently, with the rapidly increasing of the high-speed railway mileage in China, the track monitoring and disaster early warning system for high-speed railways became a top priority. High-speed railway health monitoring application requires real-time monitoring of broadband and large dynamic vibration signals that randomly occur along long-distance railways. Optical fiber distributed acoustic sensor (DAS) can demodulate the phase fluctuation of Rayleigh scattering signals at any position along the transmission fiber with long sensing range, high sensitivity and wideband frequency response, which has begun to play an irreplaceable role in the high-speed rail intelligent monitoring system. However, the phase wrapping in traditional DAS technology restricts the strain sensing range of high-frequency vibration signals. To solve the phase wrapping problem in the DAS technology, we propose a large sensing dynamic rage phase-sensitivity optical time domain reflectometer based on random multiple wavelengths multiplexing and compressive sensing phase unwrapping algorithm. With the help of the novel phase unwrapping algorithm, the strain sensing dynamic range of the DAS can extend greatly, which can further improve the safety and emergency support capacity of high-speed railway.
分布式光纤传感(Distributed optical fiber sensing, DOFS)技术作为一种新型光纤传感方式,可以利用光纤同时作为传输、传感介质的特性,通过分析光纤中各个位置散射的光信号,真正实现了长距离无盲区的分布式动态信号测量与感知。然而φ-OTDR技术存在大动态信号相位缠绕问题,极大限制了DAS系统对高频振动信号的测量范围,制约其在高铁轨道健康监测中的应用。研究新型的大动态范围分布式振动传感技术,提升高频声波信号的测量动态范围,实现高时空分辨、高测量精度、大测量范围、长测量距离的分布式振动测量性能,可以进一步扩展分布式声波传感器在高铁智能应急保障系统中的应用范围,具有巨大的科研价值和经济价值。.在三年的研究期内,本项目的主要研究内容如下:.(1)研究了基于随机多波长复用的分布式声波传感系统的相位随机采样原理,通过理论分析和仿真得到了随机波长的优化参数; .(2)研制基于瑞利后向散射的超窄线宽任意波长间隔多波长DFB激光器阵列,实现了系统的关键多波长光源器件的开发; .(3)研究了基于多波长激光随机相位赋值采样的大动态范围相位解调算法,设计基于深度学习的相位缠绕的压缩感知算法;.(4)设计并搭建了基于随机多波长采样的大动态范围分布式声波传感器实验样机,并探索其在航天航空领域的应用;.本项目研制和开发了基于瑞利后向散射线宽压缩的超窄线宽任意波长间隔多波长DFB激光器阵列,研制了基于多波长随机相位采样与压缩感知相位解缠绕算法的大动态范围DAS系统,最终实现了超过1200uε的大应变测量和超过120dB的动态范围。相关研究成果在光纤激光器与分布式声波传感技术方面发表(含录用)学术论文5篇,其中光学领域国际期刊(如OE、OL、JLT等)上3篇,参与重要国内国际光学(OFSC,OGC,DOFSC等)会议4次,特邀报告1次。指导与培养硕士研究生2名,博士研究生1名。
聚酰亚胺薄膜材料超高速碰撞微观损伤演化及动态失效模型
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批准号:CSTB2023NSCQ-MSX0966
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2023
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负责人:刘涛
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依托单位:
超高速碰撞下聚酰亚胺薄膜极短脉冲应力波响应和径向裂纹扩展行为
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:30万元
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批准年份:2022
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负责人:刘涛
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依托单位:
基于多智能体的广域在线机器嗅觉气味感知方法与理论研究
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2021
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负责人:刘涛
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依托单位:
基于"漂移图谱"的人工嗅觉系统在线"定性-定量"漂移抑制方法研究
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批准号:61403049
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:24.0万元
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批准年份:2014
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负责人:刘涛
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依托单位:
国内基金
海外基金