用于BOTDA光纤传感系统的数据处理方式的研究
发布时间：2021-11-12 05:54
随着工业化水平的发展,分布式光纤传感系统由于其天然具有的重量轻、抗干扰能力强、体积小、耐高压、耐腐蚀、电绝缘性能好、成本低等独特优势,得到了越来越多研究者的垂青。光纤传感器通常会掩盖铺设于被测物的内部或表面,可以实现对参数变化的实时监测,适用于结构健康监测和灾害的预警,也能适应人类社会大范围网络化和智能化的发展需求。它完全克服了点式传感器难以全方位监测被测场的缺陷,而且具有传统的传感器所不具备的优势,因而在能源、电力、航空航天、建筑、通信、交通、安防、军事等诸多领域的故障诊断及事故预警中展现出十分诱人的应用前景。光纤传感的基本工作原理即在受到应力、温度等外界环境因素的影响时,光波容易受到这些外在因素的影响（场或量的调制）,导致其特性参数如强度,相位,频率,极化方式等会发生相应变化,通过检测这些变化的量,就可以解调获得外界被测温度或应变信息的变化情况,从而实现传感。而基于受激布里渊散射光时域分析技术（Brillouin Optical Time Domain Analysis,BOTDA）的分布式光纤传感系统,是通过利用光在光纤中发生的受激布里渊散射效应受到外部温度或应变影响时产生频移变...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
典型的自发散射示意图
第一章绪论11基于拉曼散射光时域反射技术的全分布式光纤传感系统结构图如图1.5所示。图1.5拉曼散射全分布式光纤传感器结构图在拉曼散射全分布式光纤传感系统中，激光器产生的脉冲激光通过双向耦合器一路进入传感光纤发生反应，光纤中产生的背向拉曼散射光经过耦合器、波分复用设备，分成两束光，分别为反斯托克斯光和斯托克斯光，分别通过光电探测器后转换成电信号，各自放大后进入计算机处理，实现温度解调和数据存储分析，从而实现全分布式温度测量[37]。上个世纪八十年代，Hartog和Dakin发明了基于拉曼散射效应的全分布式光纤传感器，此后越来越多的科技工作者投入到光纤拉曼散射的研究中去，为基于拉曼散射的通信及传感系统快速发展起到了巨大的推动促进作用[38-52]。1.2.3基于布里渊散射的分布式光纤传感技术20世纪70年代初期，由Ippen第一次发现了光纤中的受激布里渊散射现象[53]。随着研究的深入推进，人们发现了该布里渊散射效应与温度和应变存在着某种相关性，对于该现象效应的应用从只测量光纤本身参数逐渐转变为对外界温度或者应变事件的检测，这种基于布里渊散射的光纤传感系统才被作为一
吉林大学博士学位论文12种重要的传感技术得到科研工作者的重视[54-57]。目前基于布里渊散射效应的分布式光纤传感技术主要分为四类：（1）基于BOTDR技术的分布式光纤传感技术基于布里渊光时域反射（Brillouinopticaltimedomainreflection，BOTDR）技术的分布式光纤传感系统是利用自发布里渊散射效应来实现对外界温度或应变的检测，它是一种单端入射的布里渊传感系统，其系统结构如图1.6所示。激光器发出频率为0的连续光通过外调制技术形成探测脉冲光，脉冲光通过环形器后进入传感光纤，并发生自发布里渊散射，散射的频移量为B，频率为0B的自发布里渊散射光信号沿着传感光纤返回环形器，经过环形接口输出至光电探测设备，最终将携带有传感信息的电信号送入计算机信号检测和处理系统进行处理，对于数据采集系统采集得到的不同位置处的布里渊散射信号进行洛伦兹拟合，便可以得到沿着光纤距离上的布里渊频移分布情况。根据布里渊频移量与温度或应变的线性关系便可实现监测[58-60]，通过BOTDR技术实现传感定位。图1.6基于BOTDR技术的光纤传感系统结构图在基于BOTDR技术的分布式光纤传感系统中，信号的检测和处理主要有两种方法：一种是直接探测法，另一种是相干探测法。我们把采用直接探测法来处理BOTDR系统信号称之为直接探测型BOTDR，把采用相干探测法来处
【参考文献】：
期刊论文
[1]分布式布里渊光纤传感技术在海堤沉降监测中的应用[J]. 葛捷. 岩土力学. 2009(06)
[2]基于BOTDR的白泥井3号隧道拱圈变形监测[J]. 丁勇,施斌,孙宇,赵永贵. 工程地质学报. 2006(05)
[3]隧道健康诊断BOTDR分布式光纤应变监测技术研究[J]. 施斌,徐学军,王镝,王霆,张丹,丁勇,徐洪钟,崔何亮. 岩石力学与工程学报. 2005(15)
[4]远程分布式光纤温度传感系统的设计和制造[J]. 张 艺,张在宣,金仁洙. 光电工程. 2005(04)
[5]在单模光纤中放大的反斯托克斯拉曼背向自发散射的温度效应[J]. 张在宣,InsooS.Kim,王剑锋,刘红林,余向东,郭宁. 光学学报. 2004(05)
[6]30km远程分布光纤拉曼温度传感器系统的实验研究[J]. 张在宣,王剑锋,刘红林,余向东,郭宁,Insoo S.KIM. 中国激光. 2004(05)
[7]史坦无偏似然估计原理产生阈值对人体胸壁微动信号的“WaveShrink”降噪[J]. 赵国辉,杨亚涛,姚剑锋,王海滨,倪安胜. 医疗装备. 2003(05)
[8]Raman散射型分布式光纤温度测量方法的研究[J]. 张在宣,王剑锋,余向东,郭宁,吴孝彪,冯海琪,InsooS.KIM,SangkiOH,YoheeKIM. 光电子·激光. 2001(06)
[9]分布光纤Raman光子传感器系统的优化设计[J]. 张在宣,余向东,郭宁,吴孝彪. 光电子·激光. 1999(02)
[10]分布型光纤拉曼光子温度传感器系统的测温精度[J]. 王玮,周邦全,张在宣,吴孝彪,郭宁,余向东,王其良. 光学学报. 1999(01)
博士论文
[1]基于受激布里渊散射效应的高性能单通带微波光子滤波器的研究[D]. 肖永川.吉林大学 2015
[2]基于铌酸锂调制器的微波光子信号处理技术与毫米波频段ROF系统设计[D]. 李建强.北京邮电大学 2009
硕士论文
[1]基于受激布里渊散射的光纤传感技术的研究[D]. 张有迪.吉林大学 2016
本文编号：3490305
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
典型的自发散射示意图
第一章绪论11基于拉曼散射光时域反射技术的全分布式光纤传感系统结构图如图1.5所示。图1.5拉曼散射全分布式光纤传感器结构图在拉曼散射全分布式光纤传感系统中，激光器产生的脉冲激光通过双向耦合器一路进入传感光纤发生反应，光纤中产生的背向拉曼散射光经过耦合器、波分复用设备，分成两束光，分别为反斯托克斯光和斯托克斯光，分别通过光电探测器后转换成电信号，各自放大后进入计算机处理，实现温度解调和数据存储分析，从而实现全分布式温度测量[37]。上个世纪八十年代，Hartog和Dakin发明了基于拉曼散射效应的全分布式光纤传感器，此后越来越多的科技工作者投入到光纤拉曼散射的研究中去，为基于拉曼散射的通信及传感系统快速发展起到了巨大的推动促进作用[38-52]。1.2.3基于布里渊散射的分布式光纤传感技术20世纪70年代初期，由Ippen第一次发现了光纤中的受激布里渊散射现象[53]。随着研究的深入推进，人们发现了该布里渊散射效应与温度和应变存在着某种相关性，对于该现象效应的应用从只测量光纤本身参数逐渐转变为对外界温度或者应变事件的检测，这种基于布里渊散射的光纤传感系统才被作为一
吉林大学博士学位论文12种重要的传感技术得到科研工作者的重视[54-57]。目前基于布里渊散射效应的分布式光纤传感技术主要分为四类：（1）基于BOTDR技术的分布式光纤传感技术基于布里渊光时域反射（Brillouinopticaltimedomainreflection，BOTDR）技术的分布式光纤传感系统是利用自发布里渊散射效应来实现对外界温度或应变的检测，它是一种单端入射的布里渊传感系统，其系统结构如图1.6所示。激光器发出频率为0的连续光通过外调制技术形成探测脉冲光，脉冲光通过环形器后进入传感光纤，并发生自发布里渊散射，散射的频移量为B，频率为0B的自发布里渊散射光信号沿着传感光纤返回环形器，经过环形接口输出至光电探测设备，最终将携带有传感信息的电信号送入计算机信号检测和处理系统进行处理，对于数据采集系统采集得到的不同位置处的布里渊散射信号进行洛伦兹拟合，便可以得到沿着光纤距离上的布里渊频移分布情况。根据布里渊频移量与温度或应变的线性关系便可实现监测[58-60]，通过BOTDR技术实现传感定位。图1.6基于BOTDR技术的光纤传感系统结构图在基于BOTDR技术的分布式光纤传感系统中，信号的检测和处理主要有两种方法：一种是直接探测法，另一种是相干探测法。我们把采用直接探测法来处理BOTDR系统信号称之为直接探测型BOTDR，把采用相干探测法来处
【参考文献】：
期刊论文
[1]分布式布里渊光纤传感技术在海堤沉降监测中的应用[J]. 葛捷. 岩土力学. 2009(06)
[2]基于BOTDR的白泥井3号隧道拱圈变形监测[J]. 丁勇,施斌,孙宇,赵永贵. 工程地质学报. 2006(05)
[3]隧道健康诊断BOTDR分布式光纤应变监测技术研究[J]. 施斌,徐学军,王镝,王霆,张丹,丁勇,徐洪钟,崔何亮. 岩石力学与工程学报. 2005(15)
[4]远程分布式光纤温度传感系统的设计和制造[J]. 张 艺,张在宣,金仁洙. 光电工程. 2005(04)
[5]在单模光纤中放大的反斯托克斯拉曼背向自发散射的温度效应[J]. 张在宣,InsooS.Kim,王剑锋,刘红林,余向东,郭宁. 光学学报. 2004(05)
[6]30km远程分布光纤拉曼温度传感器系统的实验研究[J]. 张在宣,王剑锋,刘红林,余向东,郭宁,Insoo S.KIM. 中国激光. 2004(05)
[7]史坦无偏似然估计原理产生阈值对人体胸壁微动信号的“WaveShrink”降噪[J]. 赵国辉,杨亚涛,姚剑锋,王海滨,倪安胜. 医疗装备. 2003(05)
[8]Raman散射型分布式光纤温度测量方法的研究[J]. 张在宣,王剑锋,余向东,郭宁,吴孝彪,冯海琪,InsooS.KIM,SangkiOH,YoheeKIM. 光电子·激光. 2001(06)
[9]分布光纤Raman光子传感器系统的优化设计[J]. 张在宣,余向东,郭宁,吴孝彪. 光电子·激光. 1999(02)
[10]分布型光纤拉曼光子温度传感器系统的测温精度[J]. 王玮,周邦全,张在宣,吴孝彪,郭宁,余向东,王其良. 光学学报. 1999(01)
博士论文
[1]基于受激布里渊散射效应的高性能单通带微波光子滤波器的研究[D]. 肖永川.吉林大学 2015
[2]基于铌酸锂调制器的微波光子信号处理技术与毫米波频段ROF系统设计[D]. 李建强.北京邮电大学 2009
硕士论文
[1]基于受激布里渊散射的光纤传感技术的研究[D]. 张有迪.吉林大学 2016
本文编号：3490305
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