基于光纤振动传感技术的地下电缆入侵预警系统研究

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1、ResearchonUndergroundCableIntrusionWarningSystemBasedonOpticalFiberVibrationSensingTechnologyADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：TangXiaohuiSupervisor：AssociateProf.ZhangQiSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China摘要随着我国城镇化建设进程的加快，考虑到城市的整体形象以及城市用地紧张的情况，一些输电

2、线路从架设于高空转变为深埋地下，铺设地下电缆的方式大大增加。然而，随之而来的电缆安全监测问题也日益突出。因此，针对地下电缆存在的安全监测问题，设计并研发一个地下电缆入侵预警系统有着重要的科研价值和现实意义。本论文开展的工作主要涵盖以下几个方面：首先，本文对现有的入侵监测技术进行分析，根据分析的结果ᨀ出了本文的研究课题，即基于光纤振动传感技术的地下电缆入侵预警系统研究。然后，本文对光纤传感器的基本构成以及传感原理进行理论分析，阐述光纤传感器输出信号与入侵振动信号之间的关系。在对几种常用的相位干涉传感器进行对比分析后，本文选择了基于Mach-Zehnde

3、r干涉结构的光纤传感器。在此基础上，完成了硬件的选型以及硬件平台的搭建。接着，本文对入侵预警系统的入侵信号识别算法进行深入研究。本文在对入侵事件及其信号特点进行分析后，采集了相应入侵信号进行研究。然后运用常用的数字处理技术（预处理、去噪）和特征ᨀ取算法（时域特征、小波包能量特征、MFCC特征）对入侵信号进行处理。在此基础上，创新性的ᨀ出一种基于固有时间尺度分解（ITD）的特征ᨀ取方法，并基于支持向量机和BP神经网络设计了入侵信号识别的实验。在实验的基础上完成了入侵信号识别算法的设计。在完成入侵信号识别算法的设计以及入侵预警系统的需求分析，本文对系统的

4、软件平台进行了具体的设计与实现，并对系统的整体框架和运行流程进行详细说明与分析。最后，本文搭建实验环境对入侵预警系统的入侵预警、系统基本参数以及功能模块进行了现场测试。经现场测试证明，本文ᨀ出基于光纤振动传感技术的地下电缆入侵预警系统解决方案合理、识别算法准确，达到了预期的监测识别性能。同时，软件架构的模块化设计为后续入侵信号识别算法的升级和维护奠定了良好的基础，有效的推进了入侵预警系统的实用化进程。关键词：光纤振动传感；Mach-Zehnder干涉；特征ᨀ取；模式识别；预警系统IAbstractWiththeaccelerationofthepro

5、cessofurbanizationinChina,consideringtheoverallimageofthecityandthetensesituationofurbanland,undergroundcableisreplacingthetraditionaloverheadtransmissionnetwork,andthewayofundergroundcablehasbeengreatlyincreased.However,thesubsequentmonitoringofcablesafetyhasalsobecomeincreasi

6、nglyprominent.Therefore,designinganddevelopinganundergroundcableintrusionwarningsystemhasimportantscientificvalueandpracticalsignificanceforthesafetymonitoringofundergroundcables.Theworkcarriedoutinthisthesismainlycoversthefollowingaspects:Firstofall,thispaperanalyzestheexistin

7、gintrusionwarningtechnology,andproposetheresearchsubjectofthispaperbasedontheanalysisresult,namely，theundergroundcableintrusionwarningsystembasedonopticalfibervibrationsensingtechnology.Second,thispaperanalyzesthebasicstructureoftheopticalfibersensorandtheprincipleofsensing,ela

8、boratestherelationshipbetweentheopticalfibersensoroutp