基于受激布里渊散射的光纤传感技术的研究

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1、分类号：TN247单位代码：10183研究生学号：2013514044密级：公开吉林大学硕士学位论文（专业学位）基于受激布里渊散射的光纤传感技术的研究ThestudyofopticalfibersensingbasedonStimulatedBrillouinScattering作者姓名：张有迪类别：工程硕士领域（方向）：集成电路工程指导教师：董玮教授培养单位：电子科学与工程学院2016年6月—————————————————————基于受激布里渊散射的光纤传感技术的研究————————————————————Thestudyo

2、fopticalfibersensingbasedonStimulatedBrillouinScattering作者姓名：张有迪领域（方向）：集成电路工程指导教师：董玮教授学位类别：工程硕士答辩日期：2016年05月30日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位巧个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博±（或硕ｉ）学位论文原创性声明本人

3、郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中Ｗ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：＾＾１＾曰期：＞０＾年月／摘要基于受激布里渊散射的光纤传感技术的研究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，

4、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（Brillouinopticaltimedomainanalysis,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BOTD

5、A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

6、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AbstractThestudyofopticalfibersensingbasedonstimulatedBrillouinscat

7、teringAbstractInrecentyears,therapiddevelopmentofdistributedopticalfibersensingtechnology,withitssmallsize,lightweight,resistancetoelectromagneticinterference,canbesimultaneouslymeasuredtemperatureoftheopticalfiberalongtheinformation.Thetraditionaldiscretecouldn’thav

8、etheadvantagescompletely.Thedistributedopticalfibersensingtechnologyiswidelyusedinstructuralhealthmonitoring,oilandgaspipelinemonit