本文選題：分布式 + BOTDA　； 參考：《吉林大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：20世紀(jì)70年代以來,伴隨著光纖通信技術(shù)的超快速發(fā)展而融合衍生出來的分布式光纖傳感技術(shù)逐漸走進了國計民生的方方面面,在結(jié)構(gòu)安全康健監(jiān)測領(lǐng)域有著重要的實用地位。它不僅具有傳統(tǒng)光纖傳感器所具備的體積小、質(zhì)量輕、抗電磁、抗輻射、抗腐蝕等優(yōu)點,還將信息傳輸與傳感合二為一,大大減小了傳感器的工藝耗能成本,在很多人工難以完成的檢測工作中,它都顯示出了超強的應(yīng)用能力,因此逐漸受到了廣大科研工作者的青睞。傳統(tǒng)的基于受激布里淵散射光時域分析(Brillouin optical time domain analysis,BOTDA)技術(shù)的分布式光纖傳感系統(tǒng)不僅需要大量的測量時間,還存在很大的噪聲干擾,使得測量結(jié)果誤差很大,嚴(yán)重影響傳感測量的時效性。本研究中,我們針對測量時間較長和噪聲較大的問題,提出了采用累加平均和小波變換相結(jié)合的靈活的信號處理方法,將labVIEW和MATLAB相結(jié)合實現(xiàn)此種手段,大大減小了系統(tǒng)測量時間,系統(tǒng)的信噪比得到了較大幅度的提升。文章首先對基于BOTDA技術(shù)的分布式光纖傳感課題做了基本介紹,對基于三種散射效應(yīng)的光纖傳感技術(shù)理論進行了較為詳細的闡述。接著,針對本文要研究的BOTDA光纖傳感系統(tǒng),從受激布里淵散射的理論、傳感機理、閾值以及溫度和應(yīng)變與布里淵頻移的關(guān)系等多個方面做了較為詳細的研究,對即將使用的光電器件、數(shù)據(jù)采集卡性能參數(shù)等進行了較為詳細的介紹,并據(jù)此設(shè)計出了本實驗的BOTDA傳感測量系統(tǒng)方案。根據(jù)BOTDA系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu),介紹并分析了影響該系統(tǒng)性能的主要參數(shù)指標(biāo),包括測量精度、空間分辨率、傳感距離、測量時間等。最后,詳細介紹了用于激發(fā)受激布里淵散射效應(yīng)的調(diào)制脈沖的制作過程,給出了部分FPGA程序示例,同時利用labVIEW和MATLAB相結(jié)合的技術(shù),設(shè)計出以labVIEW為平臺的累加平均和小波變換的數(shù)據(jù)處理模塊,實現(xiàn)了集掃頻、采集、信號處理于一體的BOTDA測量控制系統(tǒng)。為驗證系統(tǒng)的有效性和數(shù)據(jù)處理方式的時效性,本文分別進行了基于該實驗系統(tǒng)的溫度測量實驗和分布式測量實驗,取得了較好的實驗效果,為接下來的系統(tǒng)優(yōu)化奠定了堅實的基礎(chǔ)。
[Abstract]:Since 1970s, with the rapid development of optical fiber communication technology, the distributed optical fiber sensing technology has gradually entered into all aspects of the national economy and people's livelihood, and has an important practical position in the field of structural safety and health monitoring. It not only has the advantages of small volume, light weight, anti-electromagnetic, anti-radiation, anti-corrosion and so on, but also combines the information transmission with the sensor, which greatly reduces the process energy cost of the sensor. In a lot of manual difficult detection work, it has shown the super ability of application, so it has been gradually favored by the majority of scientific research workers. The traditional distributed optical fiber sensing system based on stimulated Brillouin scattering optical time domain analysis (Brillouin optical time domain analysis) not only requires a lot of measurement time, but also has a lot of noise interference. The timeliness of sensing measurement is seriously affected. In this study, aiming at the problem of longer measurement time and larger noise, we put forward a flexible signal processing method which combines cumulative average and wavelet transform, and realizes this method by combining LabVIEW and MATLAB. The measurement time is greatly reduced and the signal-to-noise ratio of the system is greatly improved. In this paper, the distributed optical fiber sensing based on BOTDA technology is introduced, and the theory of optical fiber sensing based on three scattering effects is described in detail. Then, the theory of stimulated Brillouin scattering, sensing mechanism, threshold value and the relationship between temperature and strain and Brillouin frequency shift are studied in detail for BOTDA optical fiber sensing system. In this paper, the photoelectric devices and data acquisition card are introduced in detail, and the BOTDA sensing system is designed. According to the basic structure of BOTDA system, the main parameters affecting the performance of BOTDA system are introduced and analyzed, including measurement precision, spatial resolution, sensing distance, measurement time and so on. Finally, the fabrication process of modulation pulse which is used to excite stimulated Brillouin scattering effect is introduced in detail, and some examples of FPGA program are given. At the same time, the technology of combining LabVIEW and MATLAB is used. The data processing module of accumulative average and wavelet transform based on LabVIEW is designed, and the BOTDA measurement and control system is realized, which integrates sweep frequency, acquisition and signal processing. In order to verify the effectiveness of the system and the timeliness of the data processing, the experiments of temperature measurement and distributed measurement based on the experimental system are carried out in this paper, and good experimental results are obtained. It lays a solid foundation for the following system optimization.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP212

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本文編號：2060139