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基于LoRa设备的人体活动识别研究

计算机工程与科学 2024年第1期46卷 111-121页

作者：崔浩万亚平钟华聂明星肖杨南华大学计算机学院湖南衡阳421001

近年基于LoRa设备建立的诸多传感模型验证了LoRa设备的长距离传感潜力,但使用特征模糊的LoRa无线信号识别人体活动仍然需要进一步研究。分析了LoRa信号受人体活动影响的传播规律,提出了一种LoRa信号处理方法来提取信号变化特征。随后采... 详细信息

近年基于LoRa设备建立的诸多传感模型验证了LoRa设备的长距离传感潜力,但使用特征模糊的LoRa无线信号识别人体活动仍然需要进一步研究。分析了LoRa信号受人体活动影响的传播规律,提出了一种LoRa信号处理方法来提取信号变化特征。随后采集数据创建了2个记录人体活动的LoRa数据集,通过当前先进的深度学习网络检验所提方法的效果。对1个房间内活动种类、活动人员,4个房间内活动人员、活动发生房间的识别准确率均达到了90%以上,对比使用卷积循环神经网络直接进行训练的方法也更节省时间和空间资源。

关键词：无线传感长距离传感人体活动识别 LoRa信号特征提取深度学习

空间电扫描型低相干干涉长距离光纤传感解调系统

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光学学报 2016年第4期36卷 57-64页

作者：石俊锋刘铁根王双江俊峰刘琨邹盛亮肖梦楠天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室天津大学光纤传感研究所天津300072

基于双超辐射发光二极管（SLED）光源研究了空间电扫描型低相干干涉长距离光纤传感解调系统。通过负透镜扩束搭建了紧凑解调干涉光路,分析了双SLED光源功率比对低相干干涉条纹形态的影响并探讨了传输损耗的功率比补偿。针对双SLED光源... 详细信息

基于双超辐射发光二极管（SLED）光源研究了空间电扫描型低相干干涉长距离光纤传感解调系统。通过负透镜扩束搭建了紧凑解调干涉光路,分析了双SLED光源功率比对低相干干涉条纹形态的影响并探讨了传输损耗的功率比补偿。针对双SLED光源干涉条纹的特点,提出了双阈值的任意极值解调算法,并进行了压力解调实验。结果表明,在50~180 k Pa的压力范围内,利用不同峰值,可以实现0.24%~0.40%F.S.（F.S.为全量程）的解调精度,光纤传输距离达到1.76 km,与理论分析吻合。

关键词：测量低相干干涉解调仪双超辐射发光二极管光源长距离传感双阈值算法

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低温长距离分布式布里渊光纤传感系统研究

中国公路学报 2015年第12期28卷 86-91页

作者：张娟李金平董永康中交第一公路勘察设计研究院有限公司陕西西安710065 哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001

针对目前青藏高原多年冻土区高速公路工程构筑物监测急需解决的问题,提出了低温条件下长距离监测的分布式布里渊光纤监测传感技术方案,并使用差分脉冲布里渊光时域分析(DPPBOTDA)技术在单模光纤中开展了分布式光纤传感试验研究。使用120... 详细信息

针对目前青藏高原多年冻土区高速公路工程构筑物监测急需解决的问题,提出了低温条件下长距离监测的分布式布里渊光纤监测传感技术方案,并使用差分脉冲布里渊光时域分析(DPPBOTDA)技术在单模光纤中开展了分布式光纤传感试验研究。使用120ns/100ns和110ns/100ns脉冲对组合在50km光纤传感长度上进行试验,研究2种脉冲对组合对应的布里渊增益谱、布里渊频移和信号的信噪比,探索了低温条件下长距离监测的分布式布里渊光纤技术空间分辨率和测量精度的关系。结果表明:试验得到的光纤传感系统具有50km传感距离,1m空间分辨率和6.552×10-6应变传感精度,弥补了中长距离传感范围研究的空白。

关键词：道路工程光纤传感系统 DPP-BOTDA 受激布里渊散射长距离传感空间分辨率

基于喇曼/掺铒光纤混合放大的长距离布喇格光栅传感器系统

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光子学报 2007年第3期36卷 507-510页

作者：陈容睿饶云江冉曾令聂玲重庆大学光电工程学院重庆400044 电子科技大学通信和信息工程学院成都610054

提出了一种提高长距离光纤布喇格光栅信噪比以进行准分布测量的新方法.本方法基于双向喇曼放大和双掺铒光纤结构,喇曼光纤放大器对布喇格光栅信号进行低噪音的双向放大,置于远处的掺铒光纤利用剩余的泵浦功率产生自发辐射光和放大传感信... 详细信息

提出了一种提高长距离光纤布喇格光栅信噪比以进行准分布测量的新方法.本方法基于双向喇曼放大和双掺铒光纤结构,喇曼光纤放大器对布喇格光栅信号进行低噪音的双向放大,置于远处的掺铒光纤利用剩余的泵浦功率产生自发辐射光和放大传感信号,为第二段掺铒光纤之后的远处布喇格光栅传感器提供光以及补偿由于长距离传输造成的光纤损耗.实验显示传感器系统的性能得到显著提高.使用功率为240 mW的单个普通泵浦,分布在50 km光纤上的FBG均可获得15 dB的良好信噪比,比混合放大前提高了10 dB.

关键词：光纤布喇格光栅(FBG) 长距离传感喇曼放大掺铒光纤放大

基于LPFG滤噪和混合放大的长距离FBG传感器系统

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光电子．激光 2007年第11期18卷 1289-1292页

作者：吴敏饶云江冉曾令谢孔利重庆大学光电技术与系统教育部重点实验室重庆400044 电子科技大学宽带光纤传输和通信网技术教育部重点实验室四川成都610054

设计的基于长周期光纤光栅(LPFG)滤噪和掺Er光纤(EDF)/喇曼混合放大的长距离光纤布拉格光栅(FBG)传感器系统,不但优化了系统的信噪比(SNR),而且使传感距离提高到50 km。该系统以高功率扫描激光器作为传感光源和解调系统,加入的LPFG减小... 详细信息

设计的基于长周期光纤光栅(LPFG)滤噪和掺Er光纤(EDF)/喇曼混合放大的长距离光纤布拉格光栅(FBG)传感器系统,不但优化了系统的信噪比(SNR),而且使传感距离提高到50 km。该系统以高功率扫描激光器作为传感光源和解调系统,加入的LPFG减小了双向喇曼放大的自发辐射(ASE)噪声和FBG后向反射噪声,同时双环形器的EDF结构利用剩余的泵浦功率产生ASE光和放大传感信号,为后端FBG提供了光源以及提高了后端FBG的SNR。带LPFG的混合放大与EDF/喇漫混合放大相比,实验表明,FBG 1和FBG 2的SNR分别提高了4.40 dB和4.38 dB,而且分布在50 km光纤上的4个FBG均获得了大于15 dB的SNR。

关键词：长距离传感光纤布托格光栅(FBG)传感器长周期光纤光栅(LPFG) 掺Fr光纤(EDF)

基于长距离准分布式FBG传感器的光纤围栏报警系统

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基于长距离准分布式FBG传感器的光纤围栏报警系统

作者：吴敏重庆大学

学位级别：硕士

光纤围栏是利用光纤作为传感介质的一种分布式或准分布式的围栏传感系统,能对光纤传感器布设范围内的对象进行远程和实时的安全监测。基于长距离准分布式FBG传感器的光纤围栏作为一种新型的安防监测系统,不仅具有抗电磁干扰、抗腐蚀、... 详细信息

光纤围栏是利用光纤作为传感介质的一种分布式或准分布式的围栏传感系统,能对光纤传感器布设范围内的对象进行远程和实时的安全监测。基于长距离准分布式FBG传感器的光纤围栏作为一种新型的安防监测系统,不仅具有抗电磁干扰、抗腐蚀、易复用的特点,而且FBG技术成熟、成本较低、报警定位精确等优势,在安防领域有着重要的应用前景,也是将来智能安防监测的主流发展方向。本课题具有很强的挑战性和创新性,针对该课题作者在光纤围栏报警系统的理论研究和实验研究上都做了大量的工作,研究的思路是:光纤围栏可行性方案分析→长距离传感等相关实验→报警实验模型→报警解决方案→信号分析→软件设计→实验反复验证。根据研究思路作者主要做了下面具体工作:(1)分析了光纤围栏可行性解决方案,研究了光纤围栏报警系统的现状,总结出基于长距离准分布式FBG传感器的光纤围栏报警系统具有很好的经济价值和社会价值。(2)参与提出利用EDF/喇曼混合放大的方法实现长距离传感,实验中使得在100km处的FBG具有7dB的信噪比。提出加入LPFG改善长距离传感系统的整体性能,实验结果使得近端FBG的信噪比提高了4.4dB,在50km上的四个FBG的信噪比都大于15dB,说明可以长距离的围栏监测。(3)建立了地面监测和围栏监测两个实验模型,总结出信号特征,提出以报警模式实现报警的解决方案。(4)提出利用动态差值法以减小系统误差和环境噪声,利用小波软阈值去噪法进一步提高信号的信噪比,利用小波多分辨率分析的方法完成信号分割,提出信号整形的思路。(5)建立了报警信号库模型和报警信号库,提取了报警信号的统计特征和物理特征,总结出报警模式信号的物理特征组合。(6)采用模糊逻辑主导型的方法进行判断报警模式。(7)设计和开发光纤围栏报警软件,以软件的形式基本实现了报警和部分判断功能。(8)进行了模拟实验测试和现场实验验证,模拟实验测试包括报警测试和判断测试,现场实验证明基本能够完成报警模式判断,完全可以用于围栏监测。

关键词：光纤围栏 FBG传感器长距离传感小波分析模糊逻辑算法 LabVIEW

基于FBG传感器的超长距离光纤围栏报警系统

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基于FBG传感器的超长距离光纤围栏报警系统

作者：蒋祺重庆大学

学位级别：硕士

光纤围栏是一种利用光纤作为传感介质的传感系统,可以分为分布式和准分布式。它的技术基础是分布式光纤传感技术和各种光纤传感器,与传统的围栏报警系统相比,它具有抗电磁干扰、抗腐蚀、抗辐射、损耗低、监测范围大等特点。基于光纤布... 详细信息

光纤围栏是一种利用光纤作为传感介质的传感系统,可以分为分布式和准分布式。它的技术基础是分布式光纤传感技术和各种光纤传感器,与传统的围栏报警系统相比,它具有抗电磁干扰、抗腐蚀、抗辐射、损耗低、监测范围大等特点。基于光纤布拉格光栅(FBG)传感器的光纤围栏报警系统是一种准分布式的传感系统,具有抗电磁干扰、抗腐蚀、易复用、隐蔽性好等优点,可以在传感光纤布设范围内对突发事件进行实时、远程的监测,在安全监测领域有着重要的应用前景。本课题受到国家863计划(2007AA01Z245)项目基金支持,立足于光纤围栏技术的发展,在基于FBG传感器的光纤围栏报警系统上做了一系列工作,主要包括以下三大方面:基于FBG传感器的光纤围栏报警系统的信号处理、超长距离光纤围栏技术研究以及报警系统软件部分的设计。首先总结分析了国内外光纤围栏技术发展及FBG传感器复用和解调技术,建立了实验模型并对采集到的报警信号做了多方面的信号处理,利用动态差值去噪法和小波去噪解决了报警信号的降噪、利用经验模态分解法(EMD)和小波包特征熵算法解决报警信号定位问题,并提取入侵信号的特征,总结了七种入侵模式进行判别。然后研究了各种光放大技术和长距离FBG传感系统的实现方案。提出了利用TDM和OTDR技术来实现超长距离光纤围栏的解调,并提出了基于掺铒光纤放大器(EDFA)的放大方式来实现超长距离光纤围栏方案,实验中实现了150km的光纤围栏系统;进而提出了基于EDFA和光纤拉曼放大器(FRA)相结合的光放大方案,实现了275km的超长距离FBG光纤围栏系统,信噪比约为27.5dB;为了进一步优化系统,使系统中被放大的光信号更为平稳,提出了一种基于双向拉曼无损耗传输系统的FBG长距离传感系统方案。最后基于LabVIEW编程语言设计了光纤围栏报警系统的软件部分。设计了软件的流程图方案;编写了信号采集模块和各种信号处理模块,实现了报警软件的基本功能;设计了软件界面,并能直观的表现出报警信号;并经过实验验证了软件的有效性。

关键词：光纤围栏 FBG传感器经验模态分解小波分析长距离传感

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长距离光纤折射率传感技术研究

长距离光纤折射率传感技术研究

作者：袁剑英中国计量学院

学位级别：硕士

长距离的实时监测在一些应用领域中具有非常重要的作用,比如化工产业,海洋环境评估和管道安全监测等领域。折射率参数作为物质的内在属性,与物质的化学、物理性质之间有着非常密切的联系。所以在一些的应用领域中,对折射率进行长距离的... 详细信息

长距离的实时监测在一些应用领域中具有非常重要的作用,比如化工产业,海洋环境评估和管道安全监测等领域。折射率参数作为物质的内在属性,与物质的化学、物理性质之间有着非常密切的联系。所以在一些的应用领域中,对折射率进行长距离的实时性检测具有非常重要的实际意义。本论文主要研究内容为长距离的折射率传感技术,具体研究内容如下:1、基于光时域反射技术提出了一种反射型的长距离折射率传感器。该传感器通过测量光纤端面与样品溶液之间的菲涅尔反射信号,能够轻易地获得一定距离以外的折射率变化信息。该传感器具有制作简单、操作方便等优点。实验结果表明了该传感器能够实现的测量距离可达100.8km,在折射率范围1.3486.4525,折射率的灵敏度范围为38.71 d B/RIU04.89 d B/RIU。实验还通过人为的施加干扰验证了该传感器具有较好的稳定性和准确性,在长距离的折射率传感领域中具有较好的应用前景。2、提出并实现了一种基于菲涅尔反射的准分布折射率传感器。利用光耦合器从光纤链路上分出的光纤末梢切平后被作为折射率传感头。在多个折射率传感头之间采用不同长度的延迟光纤,利用不同位置传感处的菲涅尔反射信号回到测量端的时间差来实现距离可分辨的多点测量。我们通过实验实现了测量距离为16公里双点折射率传感,并表明了该传感器在折射率范围1.3486.4525,其对应的灵敏度范围为38.785d B/RIU05.430d B/RIU。实验还通过增加传感头的数量进一步验证了该传感器的多点复用能力。3、提出了一种基于反射型长周期光纤光栅(Long Period Fiber Grating,LPFG)的长距离双参数传感技术,该传感技术通过连接LPFG和Sagnac干涉环实现了折射率与温度的同时监测。在一个传统的LPFG末端连接一个Sagnac干涉环,是LPFG工作在反射模式,这种结构更适合一些长距离传感。因为LPFG与Sagnac具有不同的温度和折射率灵敏度,所以可以通过监测LPFG的谐振峰和Sagnac干涉峰的波长移动来同时获得温度和折射率值。实验结果表明,该传感器的温度灵敏度为1.533nm/°C,在折射率范围1.333.430,折射率灵敏度为16.864nm/RIU13.142nm/RIU。实验利用该传感器实现了的40km折射率和温度的同时传感,证明了该传感器在长距离的双参数传感领域中具有良好的应用前景。

关键词：折射率长距离传感 OTDR LPFG Sagnac干涉环准分布

基于光频移扫描相干光时域反射计的长距离高分辨率分布式光纤温度传感技术

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基于光频移扫描相干光时域反射计的长距离高分辨率分布式光纤温度...

作者：吴媖浙江大学

学位级别：硕士

分布式光纤传感是一种独特且具有广泛应用前景的传感技术,测量的是工程应用中常见的温度、应变和振动等物理量信息。分布式光纤温度传感一般利用的是非线性光纤散射（如拉曼、布里渊散射）,受限于散射强度和温度敏感性,难以实现长距离（... 详细信息

分布式光纤传感是一种独特且具有广泛应用前景的传感技术,测量的是工程应用中常见的温度、应变和振动等物理量信息。分布式光纤温度传感一般利用的是非线性光纤散射（如拉曼、布里渊散射）,受限于散射强度和温度敏感性,难以实现长距离（100km）高分辨率（小于0.1℃）的分布式温度传感。光频移扫描的相干光时域反射计（Coherent-Optical Time Domain Reflectometer,COTDR）利用温度对后向瑞利散射光相位的调制特性,通过对温度变化前后COTDR互相关函数峰值定位,可实现高分辨率、长距离的分布式光纤温度传感。对于光频移扫描COTDR系统,由于光纤衰减,光纤末端信噪比低,难以有效检测温度。针对该问题,一方面设计并分析了中继放大装置,用来分布式放大传感信号。另一方面用光脉冲调制器级联提高消光比,降噪数据处理技术改善检测信号信噪比。实验中,将COTDR系统传感距离延伸至110km,检测到0.0075℃温度变化。光频移扫描COTDR的系统实现中,光频率扫描存在一次扫描范围的限制,光频移扫描COTDR系统温度检测范围和系统所能检测的最小温度变化是相互制约的。利用温度变化前后两次扫描频率曲线的互相关特性,及其与温度变化量的对应关系,提出光频率扫描扩展方案,扩展温度检测范围而不损害最小可测温度,理论分析与实验结果证明其有效性。研究基于后向瑞利散射统计特性的光频移扫描COTDR互相关函数拟合模型,传感信号处理结果经拟合后,可得到更精确的温度变化量。

关键词：分布式光纤传感分布式温度传感瑞利散射长距离传感