布里渊光时域反射系统中信号处理技术的研究

发布时间：2021-01-03 21:16

　　布里渊光时域反射（BOTDR）技术是一种能获取光纤沿线温度和应变信息的光纤分布式传感技术。因其具有抗电磁干扰、耐腐蚀、灵敏度高等诸多优势,该技术能在化工、电力、土木等多个领域内,为大型工程提供实时动态的温度和应变测控。自上世纪70年代以来,研究人员从未停止过对该技术在实验研究和工程应用中的探索,至今BOTDR技术仍是传感领域中的研究热点。本文首先介绍了BOTDR技术的国内外发展历程和研究现状,分析了该技术的基本原理和技术难点。接着阐述了系统探测的整体实现方案,详细地分析和介绍了各器件、模块的相关作用和性能参数,设计了基于Matlab GUI的上位机动态显示程序,提出了相应的机箱布局和封装方案。同时,通过基于FPGA的硬件编程设计完成了采集写入、叠加存储和读取上传等功能模块的开发,并结合外部硬件所提供的触发信号实现了系统的整体时序同步控制。此外,本文还针对测温实验中散射信号的特点,提出了一种分段分层小波去噪算法。该算法通过高、低层小波分析将有温度变化的奇异信号检测出来,并由此将光纤上的温度信息分为有、无温度变化的两段数据,结合这两段数据不同的特点,选取最优的小波基函数与分解层数对这两段数... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

光纤中的三种散射

图 2-2 斯托克斯光矢量匹配关系图图 2-3 反斯托克斯光矢量匹配关系图2.1.3光纤中的受激布里渊散射光纤中的受激布里渊散射需要泵浦光达到一定阈值才能产生。当泵浦光射入光纤时，首先会产生自发布里渊散射从而激发出声波场和散射光场，而散射光与泵浦光之间的干涉作用会导致电致伸缩效应的产生，这就使得声波场得到了极大增强。反过来，增强了的声波场又进一步促进了入射光的散射作用，正如图 2-4 所示。在这样的相互激励作用下，当泵浦光增大到阈值，使得声波场和散射光波场补偿了各自

图 2-3 反斯托克斯光矢量匹配关系图的受激布里渊散射受激布里渊散射需要泵浦光达到一定阈值才能产生。当产生自发布里渊散射从而激发出声波场和散射光场，而作用会导致电致伸缩效应的产生，这就使得声波场得到了的声波场又进一步促进了入射光的散射作用，正如图作用下，当泵浦光增大到阈值，使得声波场和散射光波会在光纤中产生受激布里渊效应[45, 46]。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于BOTDR测温技术的架空线路动态增容方法[J]. 杨安琪,龚庆武.  电力系统保护与控制. 2017(06)
[2]基于双脉冲探测的亚米级空间分辨率布里渊时域反射技术[J]. 盛志轩,潘政清,蔡海文,曹玉龙,王照勇,庞拂飞.  中国激光. 2016(09)
[3]基于脉冲光的布里渊散射阈值分析[J]. 纪正飚.  量子电子学报. 2015(03)
[4]用于相干光通信的平衡探测器的设计与实现[J]. 刘宏阳,张燕革,艾勇,代永红,陈晶.  激光与光电子学进展. 2014(07)
[5]分布式干涉型光纤振动传感器实验研究[J]. 张友能,王大文,丁莉.  量子电子学报. 2014(03)
[6]基于BOTDR的地裂缝分布式光纤监测技术研究[J]. 卢毅,施斌,席均,苏晶文,姜月华,李云峰.  工程地质学报. 2014(01)
[7]基于BOTDR的矿井冒顶坍塌事故全方位监测[J]. 王帅,栾丽君,邰秀江.  辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2012(05)
[8]小波阈值去噪法的深入研究[J]. 陈晓曦,王延杰,刘恋.  激光与红外. 2012(01)
[9]GPS观测数据的小波阈值法消噪[J]. 吴继忠.  大地测量与地球动力学. 2009(04)
[10]布里渊分布式光纤传感技术进展及展望[J]. 廖毅,周会娟.  半导体光电. 2008(06)

博士论文
[1]基于小波理论的变形分析模型研究[D]. 文鸿雁.武汉大学 2004

硕士论文
[1]分布式拉曼光纤温度传感器系统及温度分辨率提高的研究[D]. 方曼.电子科技大学 2004
[2]自适应滤波及滤波算法研究[D]. 李毅.西北工业大学 2003



本文编号：2955501