【摘要】：由于分布式布里淵光纖傳感系統(tǒng)能夠根據(jù)布里淵中心頻移測量傳感光纖中不同位置處應(yīng)力或溫度的變化而在道路橋梁的健康監(jiān)測中有廣泛地應(yīng)用。傳統(tǒng)的布里淵光時域分析(BOTDA,Brillouin Optical Time Domain Analysis)系統(tǒng)使用矩形脈沖作為泵浦光,連續(xù)光作為探測光,對探測光進(jìn)行掃頻,記錄傳感光纖中產(chǎn)生的受激布里淵散射信號,通過布里淵增益譜的中心頻移來確定傳感光纖不同位置溫度或應(yīng)力的變化。傳感距離越長,所需泵浦脈沖越寬,空間分辨率越低。在長距離傳感的情況下保有高空間分辨率的BOTDA系統(tǒng)將會擁有廣泛的應(yīng)用空間。本文提出了基于反卷積方法提高BOTDA系統(tǒng)的空間分辨率,在不增加實(shí)驗(yàn)裝置復(fù)雜性的前提下,只需打入一次泵浦脈沖并通過反卷積數(shù)值方法來消除泵浦脈沖對散射信號的展寬。具體內(nèi)容如下:首先,利用受激布里淵散射三波耦合方程仿真得到不同受力情況下的斯托克斯光,并利用已知的泵浦光與斯托克斯光進(jìn)行反卷積,研究反卷積方法提高空間分辨率的可行性及極限。其次,搭建了BOTDA實(shí)驗(yàn)平臺,為研究反卷積方法將重疊峰分辨開來的極限,設(shè)計了傳感光纖中兩段受力,其中間隔一段不受力的結(jié)構(gòu),觀察并采集了不同受力大小及受力間隔下的散射信號及泵浦信號。利用現(xiàn)有算法對對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得到略次于仿真結(jié)果的反卷積結(jié)果。最后,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:在輸入脈沖觀測準(zhǔn)確的條件下可以使用反卷積方法來消除泵浦脈寬對信號造成的展寬,在輸入脈沖觀測不準(zhǔn)確的條件下可以使用時域銳化方法。兩種方法都能夠?qū)⒖臻g分辨率提高1.75倍以上。
[Abstract]:Because the distributed Brillouin optical fiber sensing system can measure the stress or temperature at different positions in the sensing fiber according to the Brillouin center frequency shift, it has been widely used in the health monitoring of roads and bridges. The traditional Brillouin optical time domain analysis (BOTDA,Brillouin Optical Time Domain Analysis) system uses rectangular pulse as pump light and continuous light as probe light, sweeps the detected light, records the stimulated Brillouin scattering signal produced in the sensing fiber, and determines the temperature or stress change of the sensing fiber at different positions by the center frequency shift of Brillouin gain spectrum. The longer the sensing distance is, the wider the pump pulse is and the lower the spatial resolution is. The BOTDA system with high spatial resolution under the condition of long distance sensing will have a wide range of application space. In this paper, a deconvolution method is proposed to improve the spatial resolution of BOTDA system. without increasing the complexity of the experimental device, it is necessary to break in the pump pulse once and eliminate the broadening of the scattering signal by the deconvolution numerical method. The concrete contents are as follows: firstly, the Stoke light under different forces is simulated by using the stimulated Brillouin scattering three-wave coupling equation, and the feasibility and limit of improving the spatial resolution by using the known pump light and Stokes light are studied. Secondly, the BOTDA experimental platform is built. In order to study the limit of distinguishing overlapping peaks by deconvolution method, two segments of force in sensing fiber are designed, in which the structure is not subjected to force at intervals. The scattering signals and pump signals under different stress sizes and stress intervals are observed and collected. The existing algorithms are used to process the experimental data, and the deconvolution results, which are slightly inferior to the simulation results, are obtained. Finally, the experimental results show that the inverse convolution method can be used to eliminate the broadening of the signal caused by the pump pulse width under the condition that the input pulse observation is accurate, and the time domain sharpening method can be used under the condition that the input pulse observation is inaccurate. Both methods can increase the spatial resolution by more than 1.75 times.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN253

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