布里渊分布型光纤温度和应变传感及信号处理方法研究

摘要

布里渊光纤传感技术由于其独特的优点，越来越受到人们的重视，并且实用化程度也越来越高。本文理论推导了布里渊频移和强度与光纤温度和应变的依赖关系，确立了一套温度和应变同时测量的外差检测布里渊分布式光纤传感系统。通过研究布里渊散射信号的特点，对信号建模仿真。分析信号的瞬时相位、频率的关系，研究了加权平滑相位差分法，提出了瞬时频率的检测算法。通过此算法对信号的处理分析表明，当信噪比较高时，可以获得较高的测量精度。文章同时对系统信号进行拟合仿真分析，理论上可以提高实时性。

目录

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第一章绪论

1.1课题研究的意义及状况

1.2布里渊散射信号处理方法的研究现状

1.2.1分布式光纤传感技术的特点

1.2.2布里渊光纤温度传感技术

1.2.3布里渊传感信号检测与处理方法的研究现状

1.3本文主要研究的内容

第二章布里渊温度和应变光纤传感原理

2.1布里渊散射理论及其频移和强度

2.1.1布里渊散射

2.1.2布里渊散射理论及传感机理

2.1.3布里渊散射的频移和强度

2.2布里渊频移和强度与温度/应变的关系

2.2.1布里渊频移与温度/应变的关系

2.2.2布里渊强度与温度/应变的关系

2.3布里渊散射谱特性及系统传感模型

2.3.1布里渊散射谱特性

2.3.2布里渊光纤传感系统模型

2.4小结

第三章 BOTDR系统及性能分析

3.1 BOTDR系统的结构与原理

3.2外差检测方法

3.2.1外差检测原理

3.2.2外差检测的性噪比

3.3系统的性能分析

3.3.1影响系统空间分辨率的因素

3.3.2系统的测量精度和温度/应变分辨率

3.4小结

第四章 BOTDR系统信号的检测及处理方法

4.1 BOTDR系统信号的特点

4.2 BOTDR系统信号的检测方法

4.3 BOTDR系统信号的处理方法

4.3.1 Hilbert变换包络检波法

4.3.2利用Morlet小波变换包络检波

4.4洛伦兹曲线拟合

4.5 BOTDR系统信号处理的实现

4.6小结

第五章BOTDR系统信号的瞬时频率检测方法

5.1瞬时频率的检测方法

5.1.1时频分析方法

5.1.2瞬时频率及Hilbert变换

5.1.3加权平滑相位差分法及其瞬时频率估计

5.2布里渊信号的处理分析

5.2.1 BOTDR系统信号的建模仿真

5.2.2信号的分析和处理

5.2.3信号处理的Labview实现

5.3 BOTDR信号的去噪方法

5.3.1 BOTDR微弱信号去噪的叠加平均

5.3.2 BOTDR微弱信号的小波变换去噪

5.4系统信号的拟合分析

5.4.1定标、拟合仿真分析

5.4.2系统信号分析

5.5小结

第六章总结及工作展望

6.1研究成果

6.2未来工作的展望

参考文献

致 谢

在学期间发表的学术论文和参加科研情况