本文關(guān)鍵詞：數(shù)字信號處理對分布式光纖傳感系統(tǒng)性能提升的研究

  更多相關(guān)文章： 相位解調(diào)的相位敏感光時域反射儀 相干光時域反射儀 布里淵光時域分析儀 數(shù)字信號處理

【摘要】：本文主要論述的是數(shù)字信號處理對分布式光纖傳感系統(tǒng)性能提升的研究,本文研究的分布式光纖傳感系統(tǒng)包括相位解調(diào)的相位敏感光時域反射儀(Phase Sensitive Optical Time Domain Reflectometry,Φ-OTDR)、相干光時域反射儀(Coherent Optical Time Domain Reflectometry,COTDR)和布里淵光時域分析儀(Brillouin Optical Time Domain Analysis,BOTDA)。并且,在這三種不同的分布式傳感系統(tǒng)中使用的方法和手段也不盡相同。在相位解調(diào)的Φ-OTDR系統(tǒng)中,構(gòu)建由微元散射模型、光學(xué)I/Q解調(diào)及相位解調(diào)算法組合的系統(tǒng)模型,并借用數(shù)值仿真技術(shù)進行模擬仿真。最終,成功地解調(diào)出施加在普通單模光纖上的應(yīng)變信息。為了提高解調(diào)的應(yīng)變信號的信噪比,本文作者提出了平均相位估計相位增強算法,并在光源線寬對相位解調(diào)的Φ-OTDR系統(tǒng)性能影響的研究中得到了應(yīng)用。無論是直接兩點相位差,還是平均相位估計相位增強算法,都得出了一致的結(jié)論,即隨著光源線寬的增加,解調(diào)信號的質(zhì)量不斷下降。另外還得到結(jié)論是,平均相位估計相位增強算法解調(diào)的信號的質(zhì)量比直接兩點相位差的要好。本文作者還編寫了基于Labview的實時相位解調(diào)的Φ-OTDR系統(tǒng)軟件,并進行了壓電陶瓷實驗研究。獲得的結(jié)論如下,在一定響應(yīng)頻率、響應(yīng)幅度范圍內(nèi),其頻率響應(yīng)值近似相等,幅度響應(yīng)保持了較好的線性特性。本文在COTDR的研究中,建立COTDR系統(tǒng)相應(yīng)的模型,應(yīng)用互相關(guān)數(shù)據(jù)處理算法,實現(xiàn)了對COTDR的模擬仿真。本文作者還提出了改進型互相關(guān)數(shù)據(jù)處理算法,而且該改進型互相關(guān)數(shù)據(jù)處理算法具有明顯的優(yōu)勢。即當(dāng)兩種數(shù)據(jù)處理算法同時處理同一實驗數(shù)據(jù)時,改進型互相關(guān)數(shù)據(jù)處理算法可將COTDR的量程擴大近2倍。在實驗部分,本文作者編寫了基于Labview的改進型互相關(guān)數(shù)據(jù)處理算法的COTDR系統(tǒng)軟件,并獲得了驗證性的實驗結(jié)果。本文作者在BOTDA的研究中進行了實驗研究,將數(shù)字圖像處理中非局部均值濾波算法應(yīng)用到了基于Simplex編碼的BOTDA數(shù)據(jù)處理算法中,將實驗采集到的數(shù)據(jù),分別經(jīng)過常規(guī)處理算法和在常規(guī)處理算法中增加非局部均值濾波算法的處理,從圖像視覺角度觀察到增加非局部均值濾波算法的優(yōu)勢,而且還通過計算布里淵頻移的測量不確定度,定量地凸顯非局部均值濾波算法的優(yōu)勢。
【關(guān)鍵詞】：相位解調(diào)的相位敏感光時域反射儀 相干光時域反射儀 布里淵光時域分析儀 數(shù)字信號處理
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212;TN911.72
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 引言11-12
• 1.2 散射型分布式光纖傳感技術(shù)分類12-19
• 1.2.1 基于瑞利散射的分布式光纖傳感技術(shù)13-16
• 1.2.1.1 相位敏感型光時域反射儀技術(shù)13-14
• 1.2.1.2 相干光時域反射儀技術(shù)14-15
• 1.2.1.3 偏振敏感光時域反射儀技術(shù)15-16
• 1.2.2 基于拉曼散射的分布式光纖傳感技術(shù)16
• 1.2.3 基于布里淵散射的分布式光纖傳感技術(shù)16-19
• 1.2.3.1 布里淵光時域反射儀技術(shù)17-18
• 1.2.3.2 布里淵光時域分析儀技術(shù)18-19
• 1.3 課題意義及主要研究內(nèi)容19-21
• 第二章 分布式光纖傳感理論基礎(chǔ)及信號解調(diào)原理21-41
• 2.1 Φ-OTDR傳感理論及信號解調(diào)原理21-28
• 2.1.1 Φ-OTDR傳感機理21-22
• 2.1.2 Φ-OTDR主要性能指標(biāo)22-24
• 2.1.2.1 傳感距離22-23
• 2.1.2.2 空間分辨率23
• 2.1.2.3 響應(yīng)頻率23-24
• 2.1.2.4 信噪比24
• 2.1.3 基于Hybrid相位解調(diào)的Φ-OTDR解調(diào)理論24-28
• 2.2 COTDR傳感理論及信號解調(diào)原理28-31
• 2.2.1 COTDR傳感機理28
• 2.2.2 COTDR主要性能指標(biāo)28-30
• 2.2.2.1 響應(yīng)頻率29
• 2.2.2.2 測量精度與量程29-30
• 2.2.3 COTDR解調(diào)理論30-31
• 2.3 BOTDA傳感理論及信號解調(diào)原理31-40
• 2.3.1 BOTDA傳感機理31-32
• 2.3.2 BOTDA主要性能參數(shù)32
• 2.3.3 BOTDA解調(diào)理論32-40
• 2.3.3.1 BOTDA編碼理論算法32-36
• 2.3.3.2 BOTDA解碼擬合理論算法36-38
• 2.3.3.3 BOTDA非局部均值濾波增強算法38-40
• 2.4 本章小結(jié)40-41
• 第三章 基于Hybrid相位解調(diào)的Φ-OTDR仿真及實驗研究41-52
• 3.1 相位解調(diào)Φ-OTDR理論研究41-46
• 3.1.1 相位解調(diào)Φ-OTDR仿真模型41-45
• 3.1.1.1 微元散射模型41-42
• 3.1.1.2 光學(xué)I/Q解調(diào)42-43
• 3.1.1.3 解相位及解卷繞算法43-44
• 3.1.1.4 平均相位估計相位增強算法44-45
• 3.1.2 光源線寬對Φ-OTDR系統(tǒng)性能的研究45-46
• 3.2 相位解調(diào)Φ-OTDR實驗研究46-50
• 3.2.1 相位解調(diào)Φ-OTDR實驗裝置46-47
• 3.2.2 相位解調(diào)Φ-OTDR壓電陶瓷實驗與聲波實驗47-50
• 3.2.2.1 相位解調(diào)Φ-OTDR壓電陶瓷實驗48-49
• 3.2.2.2 相位解調(diào)Φ-OTDR聲波實驗49-50
• 3.3 本章小結(jié)50-52
• 第四章 COTDR理論仿真及實驗研究52-63
• 4.1 COTDR理論研究52-60
• 4.1.1 COTDR仿真模型52-59
• 4.1.1.1 COTDR光路數(shù)學(xué)模型52-53
• 4.1.1.2 COTDR互相關(guān)數(shù)據(jù)處理算法53-57
• 4.1.1.3 COTDR改進型互相關(guān)數(shù)據(jù)處理算法57-59
• 4.1.2 COTDR優(yōu)化系統(tǒng)59-60
• 4.1.2.1 COTDR優(yōu)化光路59
• 4.1.2.2 COTDR改進型數(shù)據(jù)處理算法在優(yōu)化光路中的應(yīng)用59-60
• 4.2 COTDR實驗研究60-62
• 4.2.1 COTDR實驗裝置60-61
• 4.2.2 COTDR應(yīng)變實驗61-62
• 4.3 本章小結(jié)62-63
• 第五章 非局部均值濾波算法在BOTDA中的應(yīng)用63-71
• 5.1 BOTDA實驗裝置63-64
• 5.2 BOTDA溫度實驗64-70
• 5.2.1 BOTDA中的常規(guī)算法64-67
• 5.2.2 BOTDA常規(guī)算法中應(yīng)用的非局部均值濾波增強算法67-70
• 5.3 本章小結(jié)70-71
• 第六章 總結(jié)與展望71-73
• 6.1 全文總結(jié)及主要貢獻71-72
• 6.2 下一步工作展望72-73
• 致謝73-74
• 參考文獻74-78
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果及其參與的科研項目78-79

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 ;首屆地質(zhì)工程光電傳感監(jiān)測國際專題討論會(一號通知) 主題:分布式光纖監(jiān)測技術(shù)及相關(guān)應(yīng)用[J];防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報;2005年03期

2 李有根;;分布式光纖監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用[J];四川水力發(fā)電;2010年04期

3 陳立軍;李海波;吳謙;石美;;分布式光纖測溫技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];化工自動化及儀表;2010年12期

4 于海鷹;李琪;索琳;袁曉寧;魏謙;;分布式光纖測溫技術(shù)性能分析[J];山東建筑大學(xué)學(xué)報;2013年02期

5 趙慧玲;李卉;趙佳;;分布式光纖在發(fā)電廠內(nèi)的應(yīng)用[J];內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟;2014年03期

6 李川,張以謨,劉鐵根,丁勝,陳希明;可用于建筑結(jié)構(gòu)檢測的分布式光纖形變片[J];光子學(xué)報;2001年10期

7 常勝,李偉良;分布式光纖溫度傳感檢測技術(shù)及其應(yīng)用[J];廣東電力;2002年04期

8 江毅,Christopher K.Y.Leung;分布式光纖裂縫傳感器[J];壓電與聲光;2004年01期

9 嚴(yán)曉龍;趙慶平;;淺談分布式光纖火災(zāi)報警系統(tǒng)及其應(yīng)用[J];消防科學(xué)與技術(shù);2006年06期

10 王少力;朱萍玉;陸潔;張子才;;基于分布式光纖傳感的形變探測管試驗研究[J];光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù);2010年01期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張在宣;王劍鋒;郭寧;余向東;吳孝彪;馮海琪;InsooS.KIM;Yohee KIM;;分布式光纖拉曼溫度傳感器與光纖拉曼放大器[A];全國第十次光纖通信暨第十一屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會議（OFCIO’2001）論文集[C];2001年

2 魏德榮;趙花城;秦一濤;張弘;;分布式光纖監(jiān)測技術(shù)在我國的發(fā)展[A];2004年全國碾壓混凝土壩筑壩技術(shù)交流會論文集[C];2004年

3 張在宣;;分布式光纖傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進展——新的檢測方法與技術(shù)[A];面向21世紀(jì)的科技進步與社會經(jīng)濟發(fā)展（下冊）[C];1999年

4 杭利軍;何存富;吳斌;;新型分布式光纖聲學(xué)傳感技術(shù)研究[A];慶祝中國力學(xué)學(xué)會成立50周年暨中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會’2007論文摘要集（下）[C];2007年

5 魏德榮;趙花城;秦一濤;張弘;;分布式光纖監(jiān)測技術(shù)在中國的發(fā)展[A];紀(jì)念貴州省水力發(fā)電工程學(xué)會成立20周年論文選集[C];2005年

6 瞿榮輝;葉青;甘久林;郝蘊祺;潘政清;蔡海文;;應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的分布式光纖布里淵傳感系統(tǒng)[A];全國第15次光纖通信暨第16屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2011年

7 肖衡林;蔡德所;;基于溫度測量的分布式光纖滲漏監(jiān)測技術(shù)機理探討[A];第二屆中國水利水電巖土力學(xué)與工程學(xué)術(shù)討論會論文集（一）[C];2008年

8 吳飛;蔡璐璐;李志全;;分布式光纖應(yīng)變傳感器的研究[A];第三屆全國信息獲取與處理學(xué)術(shù)會議論文集[C];2005年

9 劉媛;孫志慧;王昌;劉統(tǒng)玉;;基于拉曼散射的分布式光纖傳感系統(tǒng)研究及應(yīng)用[A];中國光學(xué)學(xué)會2010年光學(xué)大會論文集[C];2010年

10 蔡順德;蔡德所;何薪基;張存吉;丁濤;;分布式光纖監(jiān)測三峽工程大塊體混凝土水化熱過程分析[A];第十二屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集第Ⅲ冊[C];2003年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 魏奕雄;與光電共舞[N];樂山日報;2006年

2 本報記者 曹石巖;北洋集團：戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型 創(chuàng)新發(fā)展[N];威海日報;2011年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王宗良;分布式光纖拉曼溫度傳感系統(tǒng)信號處理及性能提升[D];山東大學(xué);2015年

2 陳沁楠;雙馬赫—曾德型分布式光纖振動傳感若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2015年

3 許海燕;分布式光纖振動傳感器及其定位技術(shù)研究[D];復(fù)旦大學(xué);2011年

4 孫琪真;分布式光纖傳感與信息處理技術(shù)的研究及應(yīng)用[D];華中科技大學(xué);2008年

5 史彥新;分布式光纖應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)研究[D];中國地質(zhì)大學(xué)（北京）;2010年

6 周琰;分布式光纖管道安全檢測技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2006年

7 曲志剛;分布式光纖油氣長輸管道泄漏檢測及預(yù)警技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2007年

8 何俊;分布式光纖傳感系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

9 侯培國;分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的理論與實驗研究[D];燕山大學(xué);2003年

10 張悅;基于拉曼散射的分布式光纖火災(zāi)預(yù)警方法、技術(shù)研究及實現(xiàn)[D];中北大學(xué);2011年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王寬;宏彎損耗的分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)與邊坡應(yīng)用研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

2 付勇;基于分布式光纖的電纜溫度監(jiān)測系統(tǒng)信號處理的研究[D];遼寧工業(yè)大學(xué);2016年

3 呂佳杰;分布式光纖傳感網(wǎng)路的數(shù)據(jù)處理及定位系統(tǒng)設(shè)計[D];大連海事大學(xué);2016年

4 張顏;Ф-OTDR分布式光纖擾動傳感系統(tǒng)模式識別研究[D];北京交通大學(xué);2016年

5 童恒金;樁基分布式光纖檢測技術(shù)規(guī)范初探[D];南京大學(xué);2014年

6 張正文;分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的設(shè)計及優(yōu)化[D];安徽理工大學(xué);2016年

7 時以亮;北京故宮東華門城臺分布式光纖監(jiān)測研究[D];南京大學(xué);2016年

8 林美金;基于分布式光纖光柵傳感技術(shù)盾構(gòu)隧道縱向沉降和水平位移監(jiān)測研究[D];福州大學(xué);2013年

9 費芹;基于拉曼散射的分布式光纖測溫系統(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

10 王賀;白光干涉型分布式光纖振動傳感關(guān)鍵技術(shù)研究及實現(xiàn)[D];華中科技大學(xué);2014年

，

本文編號：915792