基于时频特征的光纤周界振动信号识别

周界报警——振动光纤伴随光纤通讯技术的成熟，光纤传感技术在近十几年得到突飞猛进的发展。

周界报警设备也出现了多中产品。

北京三安古德科技发展有限公司针对振动光纤的原理、特点优势等信息做详细阐述。

作为光纤传感器的一个重要组成部分，基于干涉技术的测量已经得到很大的关注，以光波波长为单位测量光程差，其测量精度之高是其他测量方法所无法比拟的。

环形干涉光纤传感器凭借其高灵敏度已经在光纤陀螺方面得到了成功的应用。

随着光通信技术在现代社会的高速的发展，光通信中的一些技术逐渐为传感领域中的应用提供了技术平台，基于光的传感技术就是其中之一。

以光通信技术为基础的光纤传感器正成为传感器研究领域中的又一大热点。

光纤传感器是２０世纪７０年代中期发展起来的一种新型传感器，与以电为基础的传感器相比，它是用光而不是用电来作为敏感信息的载体；用光纤而不是利用导线来作为传递敏感信息的媒质。

光纤传感器是利用光在不同的物理状态下，在光纤中传播起的光的干涉、衍射、偏振、反射、等物理特征的变化，进行各种物理量的测量装置。

光纤传感器一般是由光源、接口、光导纤维、光调制机构、光电探测器和信号处理系统等部分组成。

来自光源的光线，通过接口进入光纤，然后将检测的参数调制成幅度、相位、色彩或偏振信息，最后利用微处理器进行信息处理。

产品特点●电绝缘。

由于光纤本身是电绝缘的，敏感元件也可用电绝缘材料制作，因此具有良好的电绝缘性能，特别适合于高压供电系统。

●抗电磁场干扰。

这是光纤测量及其光纤传感器的及其独特的性能特征，因此光纤传感器特别适用于高压大电流、强磁场噪声、强辐射等恶劣环境中、能解决许多传统传感器无法解决的问题。

●非侵入性。

由于传感头可以做成电绝缘的，而且其体积可以做的很小（最小可以做成稍大于光纤的芯径），因此，它对电磁场是非入侵式的，对被测场不产生干扰。

这对于弱电磁场及小管道内流速、流量等的检测特别具有实用价值。

●高灵敏度。

高灵敏度是光学测量的优点之一。

油气储运工程振动光缆周界入侵报警系统技术规格书一、引言本技术规格书旨在对油气储运工程振动光缆周界入侵报警系统进行详细描述和规范，以确保系统设计、安装和运行的可靠性和有效性。

本规格书适用于油气储运工程中的振动光缆周界入侵报警系统。

二、系统概述振动光缆周界入侵报警系统是一种基于振动光纤技术的安全防护系统，用于监测管道、设备和设施周围的入侵行为。

该系统通过布置在油气储运工程周边的振动光缆，实时检测并报警任何非法入侵行为，以保障工程的安全运行。

三、功能要求3.1 检测功能1）实时监测：系统能够实时监测振动光缆上的任何异常振动，并能及时发出报警信号。

2）高灵敏度：系统能够对微弱振动进行高精度检测，并区分正常振动与异常入侵振动。

3）多点检测：系统能够同时监测多个位置的振动情况，并准确判断入侵位置。

4）抗干扰能力：系统能够有效抑制外部干扰信号，确保报警的准确性和可靠性。

3.2 报警功能1）声光报警：系统能够通过声音和灯光等方式及时报警，吸引人员的注意。

2）远程报警：系统能够通过网络或短信等方式将报警信息传输给相关人员，实现远程监控和管理。

3）分级报警：系统能够根据入侵行为的严重程度进行不同级别的报警，并提供相应的处理建议。

3.3 数据存储与管理1）数据记录：系统能够对所有的入侵事件进行记录和存储，并提供查询功能。

2）数据分析：系统能够对入侵事件数据进行统计分析，提供有关入侵行为规律和趋势的参考信息。

3）权限管理：系统能够实现不同用户角色的权限管理，确保数据安全性和操作合规性。

四、技术要求4.1 光缆布置1）布置密度：振动光缆应按照工程需求合理布置，覆盖全面且布置密度适宜。

2）安装方式：振动光缆应采用固定夹具或埋设方式进行安装，确保光缆的稳定性和可靠性。

3）防护措施：振动光缆应采取防水、防腐等措施，以提高其使用寿命和稳定性。

4.2 检测设备1）传感器类型：系统应选择高灵敏度、低功耗的振动传感器，以确保对微弱振动的准确检测。

基于 OTDR 技术的光纤分布式铁路周界安全监测系统摘要：中国高速铁路的快速发展，极大的促进了各地的经济发展和人员往来效率。

同时也带来了很多的安全隐患，如：铁路设施被破坏、无视防护网直接穿过铁路线等情况时有发生，不仅有经济损失，还时常出现人身生命伤害。

这就需要有一种产品能够在铁路沿线实施防护，并且需要克服铁路周界长、各地气候不同、干扰因素多等各种困难。

而现有光纤应用技术的不足，尤其是针对原创性设备开发上存在的巨大缺失，开发具有完整自主知识产权、创新性的基于OTDR技术的光纤分布式铁路周界安全监测系统尤为重要。

关键词：铁路通信；铁路周界安全监测系统；铁路通信信号技术一、.基于OTDR光时域反射技术主要研究方法1.光子计数直接检测技术光子计数直接检测技术的基本思想就是测量光电检测器接收到的光子数目,然后将它变换为相应的光功率值。

工作原理如下当雪崩光电二极管(APD)工作在“Geiger”管计数模式时,将它的偏置电压调到稍微比它的击穿电压低一点。

这样当单个载流子进入空间电荷区域时,就会产生击穿,击穿产生的脉冲通过鉴别比较器后,控制计数器计数,从而可以得到检测到的光功率值。

即光子数乘以单个光子的能量。

光子计数检测的灵敏度由下式给出。

式中:hv，为光子能量;η为量子效率;Rn。

为噪声计数率;Na为加法平均次数:τ为脉冲宽度。

光子计数OTDR是传统OTDR的一种数字形式,由原来的直接检测后向散射光功率改为以单位时间内检测到的光子数来构建柱状图的方式来反映光纤的物理特性,采用这种方法通过精确的时间测试可以达到极高的空间分辨率通常小于1mm,由测试原理可以看出,它的主要缺点是单次测试时间很长,不利于实时测试,同时,必须对测试数据进行修正,幸运的是,这种修正可通过极简单的方式实现。

2.相干检测技术相干检测技术是把低电平的背向散射信号和高电平的本地信号本地振荡器产生同时加在平方率光电检测器上混合,然后从其输出响应中提取出所需信息。

振动光纤探测报警系统监狱周界监控应用方案[摘要] 监狱是关押和改造犯罪人员的场所，安全是首先要保障的。

要保障社会的安全，也要保障狱警人员的安全以及在押人员的安全与稳定。

随着光纤传感技术在各行各业的广泛应用，基于光纤传感技术而开发的系统设备已经达到了监狱监控系统实际应用的要求...监狱是关押和改造犯罪人员的场所，安全是首先要保障的。

要保障社会的安全，也要保障狱警人员的安全以及在押人员的安全与稳定。

随着光纤传感技术在各行各业的广泛应用，基于光纤传感技术而开发的系统设备已经达到了监狱监控系统实际应用的要求，并在实际应用中效果明显。

通过光纤报警系统与计算机技术的有效结合，可以有效地加强对服刑人员的管理，减少意外情况的发生，光纤报警系统可以准确及时地反映重要地点的情况，增强安全保障措施，是监狱现代化管理的重要手段。

系统设计说明方案采用三安古德的“sa-z8振动光纤探测报警系统”，设备已取得相关认证。

该系统使用光纤作为传感器，具有不受电磁干扰、耐腐蚀、受环境影响小、误报率低、定位精度高等，与其它安防设备相比该系统有无源、无辐射、抗干扰、防区范围大等特点。

报警主控系统装有—套自适应算法程序，由于采用这样的自适应算法，使得系统可以补偿环境影响，消除由于环境造成的误报。

光纤传感器能够将当前的天气状况变化反应给处理器，使主控系统能够消除风的影响而不降低探测灵敏度。

系统总体逻辑设计报警主机负责对周界的围栏部分进行探测，报警主机设置在中心机房，并通过TCP/IP与监控软件进行通信。

在中心机房的监控软件通过TCP/IP或RS232和视频矩阵或PA等其他第三方系统进行联动。

当某一防区探测到报警事件后，根据事先的设定触发相应的视频联动进行视频监控。

振动光纤探测报警系统还可以通过继电器输出的方式和视频/PA/声光等系统进行连接，以干节点信号触发联动。

系统详细设计振动光纤探测报警系统，监狱地埋布置光纤传感器，这条光纤传感器构成探测回路，可以保证最佳的探测效果。

振动信号特征提取方法研究振动信号是机械设备故障诊断中常用的一种信号，通过对其进行特征提取可以实现对机械设备的故障诊断。

因此，振动信号的特征提取方法的研究具有十分重要的意义。

1. 振动信号特征提取方法简介振动信号特征提取方法指的是在振动信号中提取有代表性的特征，并对这些特征进行分析和判断，以实现对机械设备的故障诊断。

振动信号的特征一般包括时间域特征、频域特征和时频域特征。

2. 时间域特征提取方法时间域特征是指振动信号在时间轴上的特征，包括振动信号的波形、幅值、峰值等。

常用的时间域特征提取方法有：（1）均方根值法。

该方法需要计算振动信号的均方根值，通过均方根值可以判断振动信号的大小、稳定性和周期性等特征。

（2）峰值指标法。

该方法主要是通过计算振动信号的峰值指标，在峰值指标达到一定的阈值时，可以判断机械设备是否发生故障。

（3）小波包分解法。

该方法是一种无损压缩技术，可以将信号按不同的层次进行分解，得到不同的频率分量和振幅等信息，从而实现振动信号的特征提取和分析。

3. 频域特征提取方法频域特征是指振动信号在频域上的特征，包括振动信号的频谱、功率谱、谐波分析等。

常用的频域特征提取方法有：（1）快速傅里叶变换法。

该方法是一种时间信号转换为频率信号的方法，可以将振动信号转换到频率域进行分析。

（2）小波变换法。

该方法是一种局部变换技术，可以将信号按不同的尺度进行分解，并可得到时间频率、尺度频率等信息，从而实现对振动信号的特征提取和分析。

（3）功率谱分析法。

该方法是一种通过计算信号的功率谱密度函数，确定信号在频率分量上的能量分布，从而实现对振动信号的特征提取和分析。

4. 时频域特征提取方法时频域特征是指振动信号在时间和频率域上的特征，主要是通过小波分析法和时频谱分析法进行分析。

时频分析是一种将时域和频域特征融合在一起的分析方法，可以得到更加全面和准确的振动信号特征。

5. 振动信号特征提取方法的应用振动信号特征提取方法的应用主要是在机械设备故障诊断和维护中。

振动传感器周界报警系统的应用——RBTEC系统技术探讨及延吉机场案例分享纵观机场安防市场近十年的繁荣，各大安防设备厂商与各个机场集成商联手，成功的实施了多个具有标杆性的大型机场安防工程。

在北上广机场安防项目中，无论是航站楼的视频监控系统，还是机场内门禁管理系统，这些系统都成功的应用了现有的成熟产品和可靠技术，这些产品和技术的使用均得到了甲方和集成商的认可，为今后其它机场安防项目的实施做到了“有章可循”。

机场安防工程中，周界防范系统也是机场安防工程的重要组成部分。

由于周界防范系统较其它系统起步较晚，其核心的周界报警系统至今没有一套“有章可循”的技术。

在近几年的机场周界安防项目中，有一部分集成商实施了多个机场周界项目，他们考察使用了多种周界报警技术，例如振动电缆技术、振动光纤技术、张力围栏技术以及其它视频分析技术。

但这些项目实施完成后，其运行效果有些差强人意，并不能真正让人感到满意。

整套的周界防范体系，物理围栏以它们的简易的特性以及视频监控系统以它们的成熟技术，使我们无需在周界中过多的考虑。

而作为第二道防线的周界报警系统，它作为周界防范核心的侦测设备，是我们重点关注的一项技术。

无论是震动电缆技术、振动光纤技术、张力围栏技术（一、二防线合二为一）还是复合型传感技术，每种产品都有自身的优点。

在产品运用时，无论哪种技术其设备的可靠性、稳定性、系统报警的精准性是我们考量的主要因素，这也是机场周界防范系统成败的关键点。

自08年，以色列RBTEC电子安全系统公司正式进入中国市场，RBTEC公司带来了先进的振动传感器技术，这种技术已经在全世界30多个国家进行推广应用，保护了2400多公里的周界安全。

在中国市场，RBTEC振动传感器技术已在首都国际机场专机楼引桥的周界防范系统和延吉朝阳川国际机场周界防范系统中使用。

振动传感器技术在实际应用中以其设备的可靠、系统的稳定、报警的精准性得到了一些用户的认可。

在此，针对RBTEC公司的振动传感器周界报警系统以及其它的报警系统，我们做一下几方面技术的探讨：机场周界防范体系的基本架构在机场安防工程中，周界防范系统是机场安全的第一道屏障，也是保障机场内飞机正常运营的主要安全防线。

光纤周界报警系统中基于时域的信号特征参数提取方法摘要：为提高光纤周界报警系统对入侵事件报警的实时性和准确性，设计了一种高效的基于时域的干涉信号特征参数提取算法，并搭建了迈克尔逊光纤干涉仪原理的光纤周界报警系统用以验证该算法。

经过对敲击、切割、攀爬和刮风等四种典型扰动事件的干涉信号特征参数的提取，并输入模式识别系统进行事件甄别，实验数据表明系统的报警准确率达到90%以上。

关键词：光纤周界报警系统迈克尔逊光纤干涉仪时域特征参数提取光纤周界报警系统是一种基于分布式光纤传感器的安全防范系统，相比传统的传动的被动式红外对射或基于振动电缆的入侵探测系统，具有监视距离长（超过30 km）、抗电磁干扰能力强和维护成本低廉等优点。

目前，国外已经大量采用光纤周界系统对机场、军事禁区等高安全区域进行安全监测。

光纤周界报警系统一般具有对入侵事件进行报警、事件定位、事件甄别等三个主要功能，其中事件甄别是指系统采用模式识别算法对攀爬围栏、切割围栏、敲击围栏等有效入侵事件与刮风下雨等干扰性的事件进行分类和鉴别，以减少误报警。

应用模式识别算法提高报警准确率的关键是信号特征参数的选择和提取，只有提取出可以表示待识别事件本质特性的特征参数，才能对事件进行识别。

国内的部分学者提出了从频率域提取干涉信号的特征参数方法[1-3]，国外的研究者也多从频域着手提取干涉信号的特征参数。

该文提出并验证了一种基于在时域内高效提取干涉信号特征参数的方法。

相比频域的算法具有特征参数少、算法简洁、实时性高等优点，可以有效提高光纤周界报警系统的性能。

该文将详细描述这种方法的原理和软硬件实现方法。

1 光纤周界报警系统的技术原理光纤受到振动时会由于“光弹效应”改变光纤的折射率，光纤折射率的变化又会改变在光纤传播的光波的相位。

通过光学干涉法检测光波相位的变化，就能获得振动的信息，这是光纤周界报警系统探测入侵事件的理论基础。

基于迈克尔逊光纤干涉仪的光纤传感器的原理。

振动信号的特征提取与识别一、引言振动信号在现代工业中得到了广泛的应用。

作为一种非接触的检测手段，通过分析机器运行时所产生的振动信号，可以判断机器的运行状况，检测机器的故障或者提前预警机器可能出现的故障，从而保障机器正常运行，提高工业生产效率。

然而，振动信号的特征提取和识别是一项较为复杂的工作，需要综合运用机械工程、电子工程、控制工程、数学等多学科知识，对于振动信号的特征提取和识别，相关研究还存在一些技术难题。

本文将对于振动信号的特征提取和识别的相关技术进行阐述。

二、振动信号的特征提取1. 时域特征提取在时域中，振动信号的特征可以通过对时域振动信号进行统计分析来提取，如均值、方差、标准差、峰值、峭度、偏度、峰度等。

但是，在实际运用中，这些特征并不能充分反映振动信号的振动特性，因此需要进一步对振动信号进行分析。

2. 频域特征提取在频域中，振动信号的特征可以通过对信号进行傅里叶变换，将时域信号转换成频域信号，然后通过对频域信号进行功率谱密度分析来提取振动信号的频域特征。

例如，可以提取出信号的主频、频率分布区间、能量、峰值等。

3. 时间频率域特征提取时间频率域特征提取是将时域信号和频域信号相结合，通过小波变换、短时傅里叶变换等方法对时间频率域信号进行分析，从而提取振动信号的时间频率域特征。

例如，可以提取出信号的短时功率谱、瞬时频率、瞬时带宽等。

三、振动信号的识别振动信号的识别是将提取得到的振动信号的特征与已知的振动信号特征进行比较，从而判断机器的运行状况，检测机器的故障或者提前预警机器可能出现的故障。

1. 基于规则的振动信号识别基于规则的振动信号识别是根据已知的振动信号规律和经验推断出机器的运行状态，比如机器在正常运转状态下应该发出的振动信号规律，从而识别机器是否正常工作。

2. 基于统计学模型的振动信号识别基于统计学模型的振动信号识别是通过对大量的振动信号样本进行统计分析和建模，从而将样本的振动信号特征与已知的振动信号特征进行比对，从而实现机器故障诊断和预测。

基于时频分析的光纤通信信道特性研究在现代通信技术的发展中，光纤通信是一种备受重视的技术，主要是因为它具有传输速率高、带宽宽广、传输距离远等优点。

然而，光纤通信信道具有多样的特征，如衰减、色散和非线性等。

因此，对于光纤通信信道特性的研究和分析至关重要。

时频分析是一种对信号特性进行分析的有效方法，它可以将信号准确地表示为一个时频分布图，从而描述信号在时域和频率域上的变化特征。

在光纤通信领域，时频分析被广泛应用于光纤通信信道的特性研究中。

一、光纤通信信道特性分析衰减、色散和非线性是影响光纤通信信道特性的主要因素。

衰减是由于光信号在光纤中的传输会产生损耗，导致光功率下降。

在光纤通信中，通过控制发射功率和接收灵敏度等手段来补偿衰减。

同时，需要在光纤中不断进行光放大以延长传输距离。

色散是由于光信号在光纤中的传输速度不同而引起的。

光信号的速度会随着波长的不同而变化，导致不同信号之间的相位差异，从而影响信号的传输质量。

在光纤通信中，要通过预留充分的带宽和使用特殊的波长恢复设备来降低色散的影响。

非线性是由于光信号在光纤中传输时会受到介质非线性因素的影响。

这些因素包括自相互作用、双光子吸收、拉曼散射和自调制等。

在光纤通信中，需要通过使用光纤特殊结构、控制光功率等方式来降低非线性的影响。

二、时频分析在光纤通信信道特性研究中的应用时频分析能够有效地揭示光信号在时域和频域上的变化特征，从而对光纤通信信道特性进行准确的分析和研究。

1.短时傅里叶变换短时傅里叶变换（STFT）是一种时频分析方法，它通过将信号分段处理并在每一个子段上进行傅里叶变换，从而获取信号在不同时间点和频率上的变化特征。

在光纤通信中，STFT可以用于分析光信号的频谱特征，以确定光纤通信通道的频率响应。

通过对光信号进行STFT分析，可以展示出光信号在频域上的变化情况，为信道特性的研究提供了依据。

2.小波变换小波变换（Wavelet Transform）是一种用于频域分析的方法，它能够将信号分解成不同尺度、不同频率的小波，从而更直观地展示出信号的时频信息。

基于相空间重构的光纤周界信号识别算法研究王建平;郝钊;朱程辉【摘要】文章将相空间重构和复小波包变换引入入侵信号类型的识别,对原始信号进行相空间重构,以便更深地反映光纤入侵振动数据混沌特性的内在动力性属性.以相空间重构嵌入维数作为复小波包变换数据输入长度,避免输入信号长度的随意性.采用复小波包提取重构信号的能量分布特征构成入侵信号识别的特征集,以主成分分析对原始特征集降维,通过网格参数寻优算法得到支持向量机(support vector machine,SVM)回归模型的最优参数,以最优参数进行SVM入侵类型识别.实验结果表明,该方法能正确监测入侵事件且误报率与漏报率低.%The phase space reconstruction and complex wavelet packet transform are introduced to the intrusion signal type identification.The phase space reconstruction of the original signal is made,thus to further reflect the inherent dynamic properties of the fiber intrusion time series with chaotic characteristic.Embedding dimension of phase space reconstruction is used as the input dimension of the complex wavelet packet transform which can avoid the randomness of the length of input signals.The energy distribution features of the reconstruction signal,which are extracted by using complex wavelet packet,constitute the feature sets of intrusion signal recognition.Principal components analysis(PCA) is carried out to reduce the dimensionality of original feature sets.Grid parameter optimization algorithm is used to obtain the optimal parameters of support vector machine(SVM),and the intrusion type is identified by SVM with the optimal parameters.The experimental results show that thismethod can correctly monitor intrusion events with low false positive rate and false negative rate.【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(040)005【总页数】6页(P643-648)【关键词】光纤周界安防系统;相空间重构;复小波包;主成分分析;网格参数寻优算法;支持向量机(SVM)【作者】王建平;郝钊;朱程辉【作者单位】合肥工业大学电气与自动化工程学院,安徽合肥 230009;合肥工业大学电气与自动化工程学院,安徽合肥 230009;合肥工业大学电气与自动化工程学院,安徽合肥 230009【正文语种】中文【中图分类】TH744基于马赫-泽德(M-Z)干涉仪结构的光纤周界报警系统能对光纤传感器范围内的蓄意入侵信号进行检测并报警,传感光纤在外界压力或机械振动下,光传输信号的某些特性可表征外界入侵信息,以区分入侵信号类型。

改进的HHT变换在光纤振动模式识别中的应用王艳歌;程丹;刘继红【摘要】针对双马赫-曾德尔(M-Z)干涉型光纤振动传感系统输出信号非线性、非平稳特点,提出基于互补总体经验模态分解(CEEMD)的希尔伯特-黄变换(HHT)模式识别算法.该算法采用CEEMD将振动信号分解成多个本征模态函数(IMF),利用各阶IMF的归一化自相关函数筛选出噪声分量进行中值滤波;然后对各阶IMF分量做Hilbert变换,基于Hilbert边际能量谱构造特征向量;最后利用概率神经网络(PNN)实现振动信号的模式识别.对四种典型光纤振动信号的实验验证表明,算法的平均正确识别率最低可达85％.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2019(042)009【总页数】4页(P22-25)【关键词】HHT应用;光纤振动传感技术;模式识别;双马赫-曾德尔干涉仪;互补总体经验模态分解;信号分解;信号消噪;信号特征提取【作者】王艳歌;程丹;刘继红【作者单位】西安邮电大学电子工程学院,陕西西安 710121;西安邮电大学电子工程学院,陕西西安 710121;西安邮电大学电子工程学院,陕西西安 710121【正文语种】中文【中图分类】TN911.7-34;TP391.40 引言分布式光纤振动传感技术主要用于仓库、机场、管道、电缆线路等场所，对环境的实时监测具有重要意义。

基于双马赫⁃曾德尔（Mach⁃Zehnder，M⁃Z）干涉原理的传感结构因具有监测距离长、灵敏度高、抗电磁干扰等优点，在分布式光纤振动传感系统中应用广泛[1⁃3]。

对系统输出的非线性、非平稳振动信号进行模式识别主要包含信号消噪、信号分解、特征提取和分类识别四个步骤。

其中，信号消噪和特征提取非常关键，将直接影响分类识别的准确性和实时性。

目前消噪算法主要基于小波理论设计[4⁃6]，而特征的构造正在从单一的时域或频域向时频域结合过渡，以更好地反映信号频率随时间的细节变化[4⁃7]。

振动信号时频分析与特征提取方法研究一、引言振动信号是工程领域中常见的一种信号类型，它在机械设备故障诊断、结构健康监测等方面具有重要的应用价值。

对于振动信号的时频分析和特征提取方法的研究，不仅有助于深入了解信号的性质，还可以为故障诊断和结构健康监测提供有效的手段。

二、振动信号分析的基本原理振动信号分析的基本原理是将时域与频域相互转换，从而揭示信号的时频特性。

时域分析包括时间序列分析和统计特性分析，可以反映信号在时间上的变化情况；频域分析则是通过将信号从时间域转换到频域，得到信号在频率上的分布情况。

常用的频域分析方法有傅里叶变换、小波变换等。

三、傅里叶变换在振动信号分析中的应用傅里叶变换是一种将信号从时域转换到频域的方法，它可以将信号分解成不同频率的成分，进而提取出信号的频域特征。

在振动信号分析中，傅里叶变换常用于提取信号的主频率、峰值频率等信息。

然而，传统的傅里叶变换方法存在分辨率不高、无法给出时间信息等缺点，限制了其在某些应用场景下的使用。

四、时频分析方法的发展为了克服传统傅里叶变换的局限性，时频分析方法应运而生。

时频分析方法可以在一定程度上同时提供信号的时域和频域信息，具有更好的时频分辨率。

常用的时频分析方法有短时傅里叶变换(STFT)、连续小波变换(CWT)等。

这些方法通过在不同时间窗口上进行傅里叶变换或小波变换，得到在时频平面上的能量分布图，从而揭示信号的时频特性。

五、特征提取方法的研究与应用时频分析可以提供信号的时频信息，但直接使用时频图进行故障诊断和结构健康监测仍然存在一定的困难。

因此，研究者们开始探索基于时频分析结果的特征提取方法。

特征提取方法可以通过将时频图转化为数值特征，更好地表征信号的振动特性。

常见的特征提取方法包括瞬时参数提取方法、统计特征提取方法等。

六、研究案例：基于时频分析和特征提取的故障诊断方法以某型号风电机组的齿轮箱故障诊断为例，展示了时频分析与特征提取方法在故障诊断中的应用。

《基于振动信号的机械故障特征提取与诊断研究》篇一一、引言随着工业自动化和智能化程度的不断提高，机械设备的运行状态监测与故障诊断变得尤为重要。

在众多故障诊断方法中，基于振动信号的故障诊断技术因其非接触性、实时性和易于实施等优点，已成为机械设备故障诊断领域的研究热点。

本文旨在研究基于振动信号的机械故障特征提取与诊断方法，为提高机械设备运行可靠性和维护效率提供理论支持。

二、振动信号的采集与处理首先，本文通过传感器技术对机械设备进行振动信号的实时采集。

采集过程中，应确保传感器与设备表面紧密接触，以减小信号传输过程中的失真。

其次，采用信号处理技术对采集到的振动信号进行去噪、滤波等预处理操作，以提取出有效的故障特征信息。

此外，对于不同类型和规格的机械设备，应根据其实际运行情况和故障类型，选择合适的信号处理方法，以最大限度地保留原始信号中的有用信息。

三、机械故障特征提取针对振动信号中的故障特征提取，本文采用时域分析、频域分析和时频域分析等多种方法。

在时域分析中，通过计算振动信号的均值、方差、峰值等统计量，可以初步判断设备的运行状态。

在频域分析中，利用频谱分析、功率谱分析等方法，可以提取出设备在不同频率下的振动能量分布情况，从而判断设备的故障类型和程度。

在时频域分析中，采用小波变换、短时傅里叶变换等方法，可以同时考虑时间和频率两个维度上的信息，更全面地提取设备的故障特征。

四、故障诊断方法研究基于提取的故障特征，本文研究了一系列故障诊断方法。

首先，采用模式识别技术对故障特征进行分类和识别，通过训练分类器模型，实现对设备故障的自动诊断。

其次，采用数据挖掘技术对历史故障数据进行挖掘和分析，找出设备故障的规律和趋势，为设备的预防性维护提供依据。

此外，本文还研究了基于深度学习的故障诊断方法，通过构建深度神经网络模型，实现对复杂故障模式的自动学习和识别。

五、实验验证与分析为验证本文提出的基于振动信号的机械故障特征提取与诊断方法的有效性，我们进行了大量实验。

智能光纤周界安全防范系统目录一、工程概况 (3)1.1客户需求 (3)1.2方案设计分析 (3)1.3设计依据及规范 (3)1.4设计原则 (4)二、技术介绍 (5)2.1其他周界防范方案对比 (5)2.2智能光纤周界安全防范系统介绍 (6)三、方案设计 (9)3.1应用场所周界概况 (9)3.2系统原理图 (9)3.3视频监控联动 (10)3.4主要设备介绍： (10)3.5铺设说明 (13)四、服务承诺 (22)一、工程概况客户需求根据客户描述，需要为某周界的外围网围墙（挂网）或隔离带（地埋）上提供一套周界报警系统，该系统要求可以24小时不间断防范外界非法入侵，提供一个安全、和谐的环境。

客户要求一旦有非法分子试图翻墙进入，铺设在介质上的探测单元能够立即感应到入侵信号，并及时将入侵信号传输到机房的报警主机，经过报警主机的分析处理转为报警信号，同时系统能够联动声光报警器对入侵、越狱人员起到震慑制止作用。

报警主机可以输出开关量信号给用户的硬盘录像机，实现现场视频联动。

方案设计分析本周界需要防护的周界的外围栏总周长约1000米，由于本方案采用深得众多客户青睐的光缆作为传感探测单元，光缆因其独特的线性结构可以不受周界轮廓的限制，在有很多转角，有落差、有弧度的周界中使用时光缆可以随周界的形状布设，不会有任何的死角。

震动光缆探测周界报警系统不需铺设电源线、信号线，而且光缆的使用寿命长，因而能够满足客户低投入、低耗能，高防范的要求。

智能光纤周界安防系统技术先进而成熟，该系统具有不受电磁及无线电干扰的特性，有极高的探测灵敏度和非常低的误报率，并具有能在恶劣环境下稳定工作、使用寿命长、易于安装维护、故障率低等优势。

设计依据及规范本系统方案设计以周界安防的切实要求为参考依据，同时遵循下列标准规范：中华人民共和国安全防范行业标准（GA/T74-94）中华人民共和国公共安全行业标准（GA/T70-99）工业电视系统工程设计规范（GBJ115-87）《民用闭路监视电视系统工程技术规范》（GB 50198-94）《民用建筑电气设计规范》（JGJ／T16－92）《安全防范工程程序与要求》（GA／T75－94）《安全防范系统通用图形符号》（GA／T74－94）《智能建筑设计标准》（GB/T 50314-2000）《智能建筑工程质量验收规范》(GB 50339-2003)《智能建筑弱电工程设计施工图集》（97X700）《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94)《安全防范工程程序与要求》（GT／T75-94）《电气装置防护箱体标准》（IEC529）《电磁兼容性标准》（IEC801）产品制造商的设计、制造及施工安装规范设计原则根据周界防盗系统的实际要求，以及参照《中国建筑电气设计规范》、《中华人民共和国安全行业标准》、《安全防范工程程序与要求》、《业祥光缆震动探测报警系统》等有关规定，设计了本套周界防盗系统方案。

第３６卷，第２期 光谱学与光谱分析Vol .３６，No .２，pp ５７７‐５８２２０１６年２月 Spectroscopy and Spectral Analysis February ，２０１６基于EMD ‐AWPP 和HOSA ‐SVM 算法的分布式光纤振动入侵信号的特征提取与识别张燕君１，２，刘文哲１，付兴虎１，２*，毕卫红１，２１．燕山大学信息科学与工程学院，河北秦皇岛 ０６６００４ ２．河北省特种光纤与光纤传感重点实验室，河北秦皇岛 ０６６００４摘 要 针对传统的信号处理方法无法有效区分不同振动入侵信号，提出一种基于EMD ‐AWPP 和HOSA ‐SVM 算法的振动信息特征提取与识别方法，用于解决分布式光纤振动入侵检测系统的高精度信号识别问题。

处理不同振动类型时，该方法首先利用基于经验模态分解的自适应小波包处理算法，不仅对信号的低频部分进行了分解，而且对高频部分即信号的细节部分也进行了更好的时频局部化处理，改善了信号特征提取精度，减少传感信号异常值的影响；其次采用高阶谱分析中的双谱和双相干谱，精确提取包含不同振动入侵信号类型的特征矢量；最后在BPNN 参比模型的基础上，用粒子群算法优化SVM 的识别参数，使识别模型具有更强的自适应和自学习能力，克服了神经网络易陷入局部最优的不足之处，实现不同振动入侵信号的特征矢量识别。

分析结果表明，针对不同类型的入侵源识别，该方法可以有效剔除随机噪声的影响，提取传感信息的特征矢量，降低异常值的影响，算法的预测类别与输出类别几乎一致，振动识别的精确率达到９５％以上，识别效果明显强于BPNN 网络的检测算法，提高了信息分析的准确性。

关键词 分布式光纤传感；经验模态分解；自适应小波包；高阶谱分析中图分类号：TN ２４７ 文献标识码：A DOI ：１０.３９６４／j .issn .１０００‐０５９３（２０１６）０２‐０５７７‐０６收稿日期：２０１４‐１１‐２５，修订日期：２０１５‐０３‐２１基金项目：国家自然科学基金项目（６１２０５０６８），中国博士后科学基金项目（２０１３M ５４１２００），河北省自然科学基金项目（F ２０１４２０３１２５），燕山大学“新锐工程”人才支持计划项目资助作者简介：张燕君，女，１９７３年生，燕山大学信息科学与工程学院教授 e ‐mail ：yj zhang ＠y su ．edu ．cn*通讯联系人 e ‐mail ：fuxinghu ＠y su ．edu ．cn引 言近年来，分布式光纤振动入侵检测以其测量精度高、传感距离长、空间分辨率高等特点，在周界安防、管道运输和桥梁建筑等领域的识别检测、安全报警方面，能够精确识别出不同的振动入侵，且隐蔽性较强，克服了传统电子安全监测只有单一报警、缺乏危害识别的缺点［１‐２］。

光纤周界报警探测器原理光纤周界报警探测器是一种基于光纤传感技术的安全防护设备，主要用于监测和报警围界区域的入侵行为。

其工作原理如下：1. 光源发光：光纤周界报警探测器通过光源发送光信号到光纤中。

2. 光信号传播：光信号沿着光纤传播，传播过程中会发生反射、散射等现象。

3. 接收器接收信号：接收器接收光信号，并将其转化为电信号。

4. 信号处理：接收到的电信号被送入信号处理器进行处理，通过计算反射、散射等特征，可以判断是否有入侵行为。

5. 报警触发：当信号处理器检测到异常情况，比如光信号的强度发生变化或出现干扰，会触发报警器发出警报信号。

光纤周界报警探测器的原理基于光的传播特性和光信号处理技术，通过监测光信号的强度和特征，可以实时检测围界区域是否有入侵行为发生。

相比传统的周界防护设备，光纤周界报警探测器具有高精准度、低误报率、不受外界干扰等优势，被广泛应用于安保领域。

继续光纤周界报警探测器的原理：光纤周界报警探测器通常采用光纤布设在监测区域的围墙、围栏或地下管道等位置。

光纤的传输损耗和散射特性使得光纤可以用作传感器，检测外部环境的变化。

在正常情况下，光信号沿着光纤传播时会发生一些散射和反射，这些散射和反射一般是均匀的。

然而，当有人或其他物体接近或触动光纤时，会导致光信号的强度出现变化，比如散射或反射的光信号出现增强或减弱。

通过监测传输中的光信号，光纤周界报警探测器系统可以实时计算信号的强度、时间延迟和波形变化等特征，以便检测到入侵行为。

系统通过将光纤分成若干段来精确定位入侵源的位置。

光纤周界报警探测器系统通常配备有高分辨率的信号处理器和数据分析算法，可以对采集到的光信号进行实时处理和分析。

通过比对预先设定的阈值，可以判断是否有入侵行为发生，如有入侵则触发报警。

综上所述，光纤周界报警探测器通过利用光纤传感技术，利用光信号的特征变化来检测围界区域的入侵行为。

其优点包括高精度、强抗干扰能力、低误报率以及能够覆盖大范围、应用灵活等特点，因此在各种安全防护场所得到广泛应用。