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环境温度宽范围变化对光纤布里渊频移的影响

物理学报 2010年第9期59卷 6219-6223页

作者：赵丽娟华北电力大学生物质发电成套设备国家工程实验室保定071003

搭建了光纤布里渊频移测量系统,实现了色散位移光纤20℃到820℃布里渊频移的测量,并对测量数据进行拟合.在环境温度大范围变化时,目前采用的布里渊频移-温度一阶线性关系式对测量数据分析误差较大,针对这个问题,本文从纯石英光纤的结构... 详细信息

搭建了光纤布里渊频移测量系统,实现了色散位移光纤20℃到820℃布里渊频移的测量,并对测量数据进行拟合.在环境温度大范围变化时,目前采用的布里渊频移-温度一阶线性关系式对测量数据分析误差较大,针对这个问题,本文从纯石英光纤的结构特点和材料的物性系数出发,在分析光纤的热膨胀系数、光纤密度、折射率、弹性模量和泊松比与宽范围温度关系的基础上,根据布里渊频移与各物性参数的关系式理论推导了宽范围温度变化与布里渊频移之间的二次项关系式.理论推导结果与实验数据基本符合,验证了理论分析的正确性,从而为光纤宽范围布里渊温度传感奠定了基础.

关键词：光纤高温传感布里渊散射布里渊频移

面向变压器绕组复合光纤状态监测的BOTDR扫频策略研究

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光通信技术 2024年

作者：王勇马迅贾旭超刘凯陈永辉国网河北省电力有限公司营销服务中心华北电力大学电子与通信工程系

为了提高基于布里渊光时域反射计(BOTDR)的变压器绕组复合光纤状态监测的准确性，仿真产生了光纤沿线不同信噪比、扫频范围和扫频对称程度的布里渊谱，采用基于伪Voigt模型的谱拟合算法计算布里渊频移，并研究以上2个因素对布里渊频移... 详细信息

为了提高基于布里渊光时域反射计(BOTDR)的变压器绕组复合光纤状态监测的准确性，仿真产生了光纤沿线不同信噪比、扫频范围和扫频对称程度的布里渊谱，采用基于伪Voigt模型的谱拟合算法计算布里渊频移，并研究以上2个因素对布里渊频移提取准确性的影响规律。研究结果表明：扫频范围围绕光纤沿线布里渊频移对称时误差更小；当扫频点数不变时随扫频范围增大布里渊频移误差先减小后增大，扫频范围比光纤沿线布里渊频移变化幅值大1个线宽时误差最小。因此，扫频时应该围绕光纤沿线布里渊频移对称且扫频范围比布里渊频移变化幅值大1个线宽。

关键词：变压器光纤 BOTDR 温度和应变扫频范围布里渊频移

基于Lorentzian模型与伪Voigt模型的谱拟合算法的准确性比较

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光通信技术 2024年第1期48卷 46-50页

作者：莫巧灵广西安全工程职业技术学院电子与信息安全系南宁530100

为了比较基于Lorentzian模型与伪Voigt模型的2种谱拟合算法的准确性,基于布里渊散射的分布式光纤传感原理,首先比较了实测布里渊谱的Lorentzian模型和伪Voigt模型的计算结果,然后通过伪Voigt模型数值生成了具有不同形状和信噪比的布里渊... 详细信息

为了比较基于Lorentzian模型与伪Voigt模型的2种谱拟合算法的准确性,基于布里渊散射的分布式光纤传感原理,首先比较了实测布里渊谱的Lorentzian模型和伪Voigt模型的计算结果,然后通过伪Voigt模型数值生成了具有不同形状和信噪比的布里渊谱,并分别采用基于Lorentzian模型与伪Voigt模型的谱拟合算法计算了布里渊频移。最后,对这2种算法的准确性进行了比较。仿真结果表明,在不同布里渊谱形状和信噪比条件下,基于Lorentzian模型与伪Voigt模型的谱拟合算法的计算准确性相近,但前者的计算量小于后者。

关键词：布里渊谱布里渊频移分布式光纤传感 Lorentzian模型伪Voigt模型

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1064nm红外激光大气布里渊频移量模型

光学技术 2009年第1期35卷 63-66页

作者：马泳梁琨程飞王宏远华中科技大学电子与信息工程系武汉430074 华中科技大学武汉光电国家实验室武汉430074

1064nm激光常用于大气环境监测。以激光信号在传输介质中布里渊散射频移量模型为基础,依据相关大气数据建立1064nm激光大气中布里渊散射信号检测的大气探测模型。该模型将布里渊频移量归一为只与大气高度这一单参数相关的函数,详细地描... 详细信息

1064nm激光常用于大气环境监测。以激光信号在传输介质中布里渊散射频移量模型为基础,依据相关大气数据建立1064nm激光大气中布里渊散射信号检测的大气探测模型。该模型将布里渊频移量归一为只与大气高度这一单参数相关的函数,详细地描述了0～1000km范围内大气布里渊频移量的连续分布状态。结果表明在0～1000km的海拔高度范围内,1064nm激光大气的布里渊散射频移量以非单调的形式分布在0.5～1.2GHz之间。

关键词：布里渊散射布里渊频移大气参数数学模型

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紧包光纤的布里渊频移和应变测量研究

光通信技术 2018年第4期42卷 37-39页

作者：王传琦王晓锋伍历文王辅东陈焕新深圳市特发信息股份有限公司广东深圳518057

针对布里渊散射应力监测领域中的光纤涂层材料选择,分别将9组加载力施加在海翠和尼龙紧包光纤传感线路上,测试了加载力变化对紧包光纤的布里渊频移谱线和应变值影响,结合材料机械性能参数对比分析。实验结果表明,海翠紧包光纤的频移谱... 详细信息

针对布里渊散射应力监测领域中的光纤涂层材料选择,分别将9组加载力施加在海翠和尼龙紧包光纤传感线路上,测试了加载力变化对紧包光纤的布里渊频移谱线和应变值影响,结合材料机械性能参数对比分析。实验结果表明,海翠紧包光纤的频移谱线仅局部发生变宽现象,并且其应变值在全区间保持线性变化。与尼龙材料相比,海翠材料凭借抗干扰性能、应变敏感度方面的优势,更适用于光纤传感应力监测领域。

关键词：布里渊频移频移谱线应变紧包光纤

BOTDA系统中信噪比提升及布里渊频移提取方法研究

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BOTDA系统中信噪比提升及布里渊频移提取方法研究

作者：王鹏西南交通大学

学位级别：硕士

布里渊光时域分析(Brillouin Optical Time Domain Analysis,BOTDA)作为一种分布式光纤传感技术,可以测量传感光纤每一位置的的温度和应变,已广泛应用于轨道交通、桥梁建筑、油气管道等领域的安全监测。如何提高BOTDA系统的性能指标,一... 详细信息

布里渊光时域分析(Brillouin Optical Time Domain Analysis,BOTDA)作为一种分布式光纤传感技术,可以测量传感光纤每一位置的的温度和应变,已广泛应用于轨道交通、桥梁建筑、油气管道等领域的安全监测。如何提高BOTDA系统的性能指标,一直是国内外学者们研究的热点。首先,本文研究了图像处理算法对BOTDA系统信噪比的提升,针对非局部均值算法存在复杂度高、程序耗时长等问题,引入了非局部均值算法与离散小波变换相结合的算法,并在布里渊增益谱、信噪比、空间分辨率、测量精度以及测量时间等方面与非局部均值算法和离散小波变换进行对比。实验结果证明,图像处理算法对BOTDA系统的信噪比有一定的提升,即使在数据采集卡的平均次数较少时,图像处理算法也可以很好地还原布里渊增益谱的形状和基本特征,并且系统的空间分辨率没有任何损失。其中,非局部均值算法与离散小波变换相结合的算法算法将系统的信噪比提升了约10dB,在有效去除布里渊增益谱中噪声的同时,将频率的不确定度由原来的5MHz缩短至2.6MHz,与非局部均值算法相比,算法运行时间大约缩短了80%,有利于BOTDA系统实时性的提高。其次,本文研究了BOTDA系统中布里渊频移的提取方法,针对人工神经网络算法具有学习收敛速度慢、精度不稳定等问题,利用遗传算法对人工神经网络的初始权重和阈值进行优化,并将洛伦兹曲线拟合算法、互相关算法以及人工神经网络算法得到的结果进行对比分析。实验结果表明,采用遗传优化的人工神经网络算法可以将温度的误差值控制在1.5℃以内,得到的结果更加接近真实的温度值,测量精度更加准确。当加大扫频间隔来减少系统的测量时间时,该算法可以有效地避免了测量精度的牺牲,更加有利于实时监测。最后,基于BOTDA系统中的数据处理算法,在Lab VIEW和MATLAB开发环境下编写了一套数据处理软件,为系统数据的处理提供了软件平台,使用户可以根据需求和实际情况选择不同的算法进行处理,并且洛伦兹拟合算法模块采用并行处理的方法,节省了算法运行时间。

关键词：光纤传感 BOTDA 图像处理算法布里渊频移 LabVIEW

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尼龙紧包光纤的布里渊频移和温度监测研究

光通信技术 2017年第11期41卷 57-59页

作者：王传琦王辅东李志鹏王晓锋伍历文深圳市特发信息股份有限公司广东深圳518057

面向布里渊散射测温的应用领域,针对同一传感线路升温条件下,尼龙紧包光纤与裸纤的布里渊频移和温度值变化关系,介绍了布里渊散射监测原理,设计了基于BOTDA技术的尼龙紧包光纤和裸光纤的测温实验方案。分析了布里渊频移与温度间关系曲... 详细信息

面向布里渊散射测温的应用领域,针对同一传感线路升温条件下,尼龙紧包光纤与裸纤的布里渊频移和温度值变化关系,介绍了布里渊散射监测原理,设计了基于BOTDA技术的尼龙紧包光纤和裸光纤的测温实验方案。分析了布里渊频移与温度间关系曲线斜率、频移量的偏离变化;探讨了同温度时布里渊频移曲线特征和频移值变化规律;提出了适合紧包光纤测温的条件。

关键词：布里渊频移尼龙紧包光纤裸光纤温度监测

基于改进二次多项式拟合的布里渊频移快速高精度提取算法

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光谱学与光谱分析 2020年第3期40卷 842-848页

作者：徐志钮胡宇航赵丽娟樊明月华北电力大学电气与电子工程学院

为了在保证测量准确性的基础上提高基于布里渊散射的光纤分布式传感的实时性,对布里渊频移的快速、高精度提高算法进行了研究。实现了基于二次多项式拟合的布里渊频移提取算法和典型的基于洛伦兹、高斯、伪Voigt和Voigt模型的算法,采用... 详细信息

为了在保证测量准确性的基础上提高基于布里渊散射的光纤分布式传感的实时性,对布里渊频移的快速、高精度提高算法进行了研究。实现了基于二次多项式拟合的布里渊频移提取算法和典型的基于洛伦兹、高斯、伪Voigt和Voigt模型的算法,采用光时域反射计(BOTDR)实测了一段长光纤上的布里渊谱,采用以上算法提取了对应的布里渊频移。计算结果表明,二次多项式拟合算法的计算速度明显快于以上经典算法,其计算耗时仅分别为以上经典算法的1.15%,1.80%,1.51%和0.51%,但计算误差明显大于经典算法,影响了其实际应用。以上结果与对应数值产生布里渊谱的计算结果吻合。为了提高该算法的计算准确性,系统研究了扫频范围、扫频点数、信噪比、线宽和扫频范围偏差对基于二次多项式的布里渊频移提取准确性的影响。结果表明:当扫频点数固定时随扫频范围增加布里渊频移误差先减少到最小值后逐渐增加,扫频点数固定时最佳扫频范围为1个线宽;扫频范围不变时随扫频点数和信噪比的增加布里渊频移误差分别成幂和指数规律减少;扫频范围与线宽比值不变及扫频点数不变时随线宽增加布里渊频移误差线性增大;随扫频范围偏差增加误差逐渐增大,实际用于拟合的谱信号尽量围绕布里渊频移左右对称。根据以上研究结果提出了一种用于布里渊频移快速提取的改进二次多项式拟合算法,该算法从测量得到布里渊谱中截取1倍线宽且关于最大增益对称的谱信号用于后续拟合,较之经典的谱拟合算法,改进算法不仅能大幅提高计算速度且计算准确性与经典算法相似。采用数值产生及实测布里渊谱的计算结果验证了所提出算法的有效性。提出的算法不仅能有效提高基于布里渊散射的光纤分布式传感的实时性。

关键词：布里渊散射光纤分布式传感布里渊频移二次多项式快速影响因素

基于相似匹配方法的光纤布里渊频移提取准确性影响因素分析

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中国激光 2020年第5期47卷 452-461页

作者：赵丽娟王贺晴徐志钮车小霞华北电力大学电子与通信工程系河北保定071003 华北电力大学电力工程系河北保定071003

基于相似匹配方法的布里渊频移提取算法具有无需预设模型、适应性强的优点。为了获得谱信号参数和扫频参数对算法性能的影响,在仅单一因素变化情况下系统研究了布里渊线宽(简称线宽)、信噪比、扫频间隔、扫频范围对布里渊频移提取准确... 详细信息

基于相似匹配方法的布里渊频移提取算法具有无需预设模型、适应性强的优点。为了获得谱信号参数和扫频参数对算法性能的影响,在仅单一因素变化情况下系统研究了布里渊线宽(简称线宽)、信噪比、扫频间隔、扫频范围对布里渊频移提取准确性的影响规律。结果表明:频移误差与线宽成线性关系,探测谱与参考谱线宽差距本身对算法准确性产生的影响较小;频移误差随参考谱和探测谱信噪比的增加均呈指数规律减小;扫频间隔不变时随参考谱扫频范围增加频移误差存在增加的趋势,同时计算时间线性增加;探测谱的扫频范围为2倍线宽时频移误差最小。研究结果可为布里渊频移的准确提取提供参考。

关键词：光纤光学光纤分布式传感布里渊散射布里渊频移相似匹配方法影响因素