分布式光纖拉曼溫度傳感系統(tǒng)是現(xiàn)今應(yīng)用十分廣泛的一種測溫系統(tǒng),比如在鐵路交通、油氣管道、森林火災(zāi)等場合中預(yù)警;此系統(tǒng)還能夠在傳感長度長、高溫高壓、強(qiáng)腐蝕性、強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境中正常工作,比如核電廠、高壓等環(huán)境中。分布式光纖拉曼溫度傳感系統(tǒng)的兩個(gè)理論支柱就是光纖中的背向拉曼散射對溫度信號(hào)的敏感關(guān)系以及基于光時(shí)域反射原理的光纖中的定位技術(shù),使得我們可以獲得連續(xù)而又穩(wěn)定的溫度信號(hào)。然而,在實(shí)際的工程實(shí)踐中,自發(fā)的拉曼散射光其光功率比入射光光功率低45dBm至60dBm,這嚴(yán)重的影響到整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)檢測功能和測量時(shí)間。這使得我們必須要找到良好的信號(hào)處理方法。本文從這個(gè)角度分析分布式光纖拉曼溫度傳感系統(tǒng)在工程實(shí)踐中存在的噪聲,分析產(chǎn)生噪聲的原因,比如系統(tǒng)本身硬件上可能存在的噪聲及系統(tǒng)的光噪聲,同時(shí)基于這些原因選擇可以降低系統(tǒng)噪聲的方法。并探求以深度學(xué)習(xí)的方法來進(jìn)行去噪處理,提升系統(tǒng)的信噪比,使得系統(tǒng)的性能更加優(yōu)越。本文工作有以下幾部分:（1）本文介紹了分布式光纖拉曼溫度傳感系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。接著又介紹了光纖中的拉曼散射、瑞利散射、布里淵散射的原理以及光時(shí)域反射原理;并對比分析了基于反斯托克斯光的... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

光纖散射頻譜

第二章分布式光纖拉曼溫度傳感系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)11變，為拉曼散射，頻率下降的散射光為斯托克斯光，頻率上升的散射光為反斯托克斯光[36-37]。上式可見斯托克斯光與反斯托克斯光光強(qiáng)差異不大，然而實(shí)際上反斯托克斯光較斯托克斯光弱幾個(gè)數(shù)量級(jí)，經(jīng)典理論無法解釋。2.拉曼散射量子理論量子理論角度中，光散射為光子與介質(zhì)分子碰撞時(shí)產(chǎn)生，碰撞過程中光子與分子不斷生成與湮滅，產(chǎn)生能量和方向皆與入射光相異的散射光子，分子的能量與動(dòng)量也不斷改變，整個(gè)過程能量與動(dòng)量始終守恒。若入射光子能量與動(dòng)量未改變，散射光子頻率與入射光子一致，發(fā)生瑞利散射；若散射光頻率改變，且介質(zhì)分子能量動(dòng)量都改變，發(fā)生拉曼散射，產(chǎn)生了能級(jí)躍遷現(xiàn)象[38]。圖2-2拉曼散射能級(jí)躍遷模型（a）Stokes（b）Anti-Stokes如上圖所示，1E、2E為分子振動(dòng)兩能級(jí)，入射光子與1E能級(jí)作用時(shí)，分子從1E能級(jí)躍遷到sE能級(jí)，再從sE能級(jí)躍遷到2E能級(jí)，并釋放sh能量光子，即為斯托克斯光子；入射光子與2E能級(jí)作用時(shí)，分子從2E能級(jí)躍遷到aE能級(jí)，再從aE能級(jí)躍遷到1E能級(jí)，并釋放ah能量的光子，也就是Anti-Stokes光子。Anti-Stokes光與Stokes光頻率為：hEEa120，hEEs120（2-16）生成斯托克斯光時(shí)，分子原本位于1E能級(jí)；生成反斯托克斯光時(shí)，分子原本位于2E能級(jí)。因高能級(jí)粒子分布隨能量遞增指數(shù)減少，故斯托克斯光比之反斯托克斯光強(qiáng)度大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。2.2光時(shí)域反射原理在分布式光纖傳感系統(tǒng)中，通常使用光時(shí)域反射技術(shù)（OTDR）定位光纖中點(diǎn)的位置。OTDR技術(shù)是利用了光在光纖中傳輸時(shí)引起的背向瑞利散射現(xiàn)象及菲涅爾反射原理進(jìn)行定位的。OTDR技術(shù)通常以背向的瑞利散射光強(qiáng)度對光纖中的各

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文12項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行判斷，由于瑞利散射光的強(qiáng)度是隨著時(shí)間的更迭而發(fā)生改變的，所以不同時(shí)間時(shí)的瑞利散射光強(qiáng)度可以顯示出光纖中不同位置的參數(shù)信息。當(dāng)激光器以某一固定的頻率發(fā)出脈沖信號(hào)時(shí)，它同時(shí)給出一個(gè)同步的電脈沖的信號(hào)控制觸發(fā)數(shù)據(jù)采集卡開始采集數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)采集卡以某一固定的采樣率采集到的數(shù)據(jù)會(huì)以采集的時(shí)間對應(yīng)起光纖中的位置。若光纖中某個(gè)位置點(diǎn)出現(xiàn)故障或是衰減的變化時(shí)，我們采集得到的背向瑞利散射光的強(qiáng)度也會(huì)發(fā)生變化，以此我們可以實(shí)現(xiàn)對光纖中發(fā)生故障或衰減的位置進(jìn)行定位的目的。圖2-3OTDR原理圖如上圖所示，激光器發(fā)射脈沖信號(hào)，脈沖入射光纖中，設(shè)散射點(diǎn)位于光纖l處，假定脈沖入射光纖初始位置起計(jì)時(shí)，所用時(shí)間為t，則有：2vtl（2-17）式中，v為光纖中光傳播速度。整段光纖上不同點(diǎn)位置的散射光在不同時(shí)間可被數(shù)據(jù)采集卡采集，以此可以得到整段光纖上各個(gè)點(diǎn)位置的信息。2.3系統(tǒng)的溫度解調(diào)原理分布式光纖拉曼溫度傳感系統(tǒng)對溫度信號(hào)的解調(diào)方法有基于Anti-Stokes光的單光路解調(diào)方法、基于Anti-Stokes光與瑞利光的雙光路解調(diào)方法以及基于Anti-Stokes光與Stokes光的雙光路解調(diào)方法。我們設(shè)斯托克斯光與反斯托克斯光的的波長分別為s與a，且有s0、-a0。0為入射光的波長。其中Stokes光與Anti-Stokes光功率分別為：LkThSKPPssbss040expexp11（2-18）LkThkThSKPPaabaas040expexp1exp（2-19）式中，asP與sP為Anti-Stokes光與Stokes光頻率，0P為脈沖頻率；L為光纖位置；0、


本文編號(hào)：3126521