基于受激布里渊散射的光纤传感技术的研究

发布时间：2017-04-16 15:12

  本文关键词：基于受激布里渊散射的光纤传感技术的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来分布式光纤传感技术飞速发展,凭借其体积小,质量轻,抗电磁干扰,可以同时测得光纤沿线的温度信息,具有传统的分立式传感器无法比拟的优势,被广泛应用于结构健康监测,油气管道监测,光缆安全监测,航空航天等诸多领域,可以有效的减少人民群众的生命和财产损失。因此,全分布式光纤传感技术具有广泛的应用前景。最初的基于受激布里渊散射光时域分析(Brillouin optical time domain analysis,BOTDA)的全分布式光纤传感器,存在很大的系统噪声并且需要大量的测量时间,给传感系统造成极大的测量误差同时实效性也遭到了破坏。为提高系统的信噪比和数据采集的实时性,本文提出采用Simplex编码(S编码)与小波变换相结合的技术,提升系统的性能。本文首先研究了BOTDA系统的基本理论,即理论上分析了受激布里渊散射产生的机理,数值上求解了该散射理论对应的三波耦合方程。进而分析了散射谱拟合以及该系统的温度测量的基本理论。其次,对S编码技术和小波去噪技术的理论及去噪性能进行了分析,将S编码技术与小波去噪技术相结合引入到传统的基于三波耦合方程的BOTDA系统中,进行数值理论计算。在长度为500m光纤的470m附近模拟温度扰变,采用结合技术仅需31阶编码且耗时45.1673s,便能够清晰分辨出扰变信号;而单独使用S编码技术需255阶编码且耗时4439.7244s。因此,采用S编码技术与小波去噪技术相结合可以明显缩短信号处理时间。最后,搭建了该系统所需要的实验平台,利用Labview编写了光纤传感系统的上位机总控界面,同时控制微波信号源自动扫频,FPGA产生脉冲信号输入给电光调制器调制连续光为脉冲光,并触发数据采集卡开始采集数据,对采集到的数据进行显示以及保存,对得到数据经过处理,得出温度变化对光纤布里渊频移产生了影响,可以利用其对温度的监测。
【关键词】：光纤传感器 S编码 小波变换 受激布里渊散射
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 本课题研究的背景及意义9-10
• 1.2 全分布式光纤传感技术的分类10-12
• 1.3 全分布式光纤传感技术研究的进展12-13
• 1.4 本论文的研究内容13-15
• 第二章 BOTDA基本理论15-26
• 2.1 受激布里渊散射的基本原理及其耦合方程的求解15-17
• 2.2 布里渊散射谱及其谱拟合方法17-23
• 2.2.1 小波去噪17-18
• 2.2.2 莱文伯 - 马奈特算法（ LM ）调节权值的BP （ BackPropagation）网络18-20
• 2.2.3 混合算法20-23
• 2.3 BOTDA系统温度的传感机理23-24
• 2.3.1 布里渊频移与温度的关系23-24
• 2.4 BOTDA系统温度传感理论计算24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第三章 BOTDA系统去噪技术的理论研究26-38
• 3.1 BOTDA传感系统26-28
• 3.1.1 传感系统的主要性能指标27-28
• 3.2 S编码与小波变换的联合去噪技术理论28-32
• 3.2.1 S编码理论28-32
• 3.3 BOTDA系统中联合去噪技术的理论研究32-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第四章 BOTDA系统的实验设计38-55
• 4.1 实验平台的搭建38-45
• 4.1.1 电学设备与器件的选用39-40
• 4.1.2 光学设备与器件的选用40-45
• 4.1.3 受激布里渊散射效应的测试45
• 4.2 基于Labview的BOTDA系统总控界面设计45-51
• 4.2.1 射频信号源自动扫频模块设计及测试47-49
• 4.2.2 FPGA脉冲产生模块设计及测试49-50
• 4.2.3 信号采集处理模块设计及测试50
• 4.2.4 波形显示及数据保存模块50-51
• 4.3 BOTDA系统测试51-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第五章 总结与展望55-57
• 一、工作总结55
• 二、工作展望55-57
• 参考文献57-64
• 作者简介及攻读硕士期间的科研成果64-65
• 致谢65-66

【参考文献】

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本文编号：311081