本文主要研究内容
作者汤文青（2019）在《BOTDA光纤温度传感系统中布里渊频移提取技术研究》一文中研究指出：随着大数据、人工智能、物联网的应用和普及,分布式光纤传感技术受到了广泛关注。分布式光纤传感技术具有抗辐射、防潮湿、体积小、可实现温度应力测量等优势,目前,众多军事机构、企业开始采用分布式光纤传感器实现环境信息的精确监控或测量。其中,基于受激布里渊散射的光时域分析技术(Brillouin optical time domain analysis,BOTDA)凭借传感距离长、测量精度高的优点,被广泛应用于石油管道监控、建筑结构检测等应用场景中。然而,BOTDA传感系统也存在测量时间、传感距离及测量精度无法同时兼容的问题:传感距离长时,增加信号平均次数可以获得足够的精度,但是会延长系统的测量时间;使用降低扫频间隔等方法降低测量时间,会对测量精度造成影响。上述不同性能互相制约的问题,为该技术的推广带来极大阻碍,因此,研究提升BOTDA传感系统性能即测量精度、测量距离、测量时间的方法具有重要的意义。针对上述问题,本文研究了基于受激布里渊散射的BOTDA传感系统,设计并搭建了24.4km的BOTDA温度传感实验平台。针对BOTDA系统的布里渊增益谱,本文提出小波-高斯滤波算法对其进行降噪来提高系统的性能;针对布里渊频移(Brillouin frequency shift,BFS)的提取,本文分别提出使用AdaGrad(Adaptive gradient algorithm)算法以及稀疏约束互相关卷积法以实现快速、高精度的提取。论文的主要研究工作如下:(1)基于小波-高斯滤波的布里渊增益谱降噪方法研究针对BOTDA传感系统中的布里渊增益谱(Brillouin scattering spectrum,BGS),本文提出小波-高斯滤波算法对其进行降噪来提高BGS的信噪比。结果表明,该方法在提升BGS信噪比的同时将BGS的信号强度提高了约2mV,因此,该方法有利于提高BOTDA传感系统的信噪比与传感距离。(2)基于AdaGrad算法的布里渊频移提取方法研究本文提出采用AdaGrad算法对BGS进行布里渊频移提取,并从初始值赋值依赖性与运算速度研究该方法的性能。结果表明,与传统梯度下降方法相比,该方法对初始值的依赖程度更低,收敛速度更快;与LM(Levenberg-Marquard)算法相比,该方法的每组数据平均耗时节省了约0.023s。因此,基于AdaGrad算法的BFS提取方法能够快速、准确的提取出BFS。(3)基于稀疏约束互相关卷积算法的BFS提取方法研究本文提出基于互相关卷积的稀疏约束互相关卷积算法对BFS进行提取。该方法通过约束参考洛伦兹曲线的频率分布来提高BFS的提取精度。结果表明,在24.4km的BOTDA系统中,该方法较传统互相关卷积算法的BFS测量精度提升了约5MHz。因此,该方法有利于提高BOTDA传感系统的测量精度。
Abstract
sui zhao da shu ju 、ren gong zhi neng 、wu lian wang de ying yong he pu ji ,fen bu shi guang qian chuan gan ji shu shou dao le an fan guan zhu 。fen bu shi guang qian chuan gan ji shu ju you kang fu she 、fang chao shi 、ti ji xiao 、ke shi xian wen du ying li ce liang deng you shi ,mu qian ,zhong duo jun shi ji gou 、qi ye kai shi cai yong fen bu shi guang qian chuan gan qi shi xian huan jing xin xi de jing que jian kong huo ce liang 。ji zhong ,ji yu shou ji bu li yuan san she de guang shi yu fen xi ji shu (Brillouin optical time domain analysis,BOTDA)ping jie chuan gan ju li chang 、ce liang jing du gao de you dian ,bei an fan ying yong yu dan you guan dao jian kong 、jian zhu jie gou jian ce deng ying yong chang jing zhong 。ran er ,BOTDAchuan gan ji tong ye cun zai ce liang shi jian 、chuan gan ju li ji ce liang jing du mo fa tong shi jian rong de wen ti :chuan gan ju li chang shi ,zeng jia xin hao ping jun ci shu ke yi huo de zu gou de jing du ,dan shi hui yan chang ji tong de ce liang shi jian ;shi yong jiang di sao pin jian ge deng fang fa jiang di ce liang shi jian ,hui dui ce liang jing du zao cheng ying xiang 。shang shu bu tong xing neng hu xiang zhi yao de wen ti ,wei gai ji shu de tui an dai lai ji da zu ai ,yin ci ,yan jiu di sheng BOTDAchuan gan ji tong xing neng ji ce liang jing du 、ce liang ju li 、ce liang shi jian de fang fa ju you chong yao de yi yi 。zhen dui shang shu wen ti ,ben wen yan jiu le ji yu shou ji bu li yuan san she de BOTDAchuan gan ji tong ,she ji bing da jian le 24.4kmde BOTDAwen du chuan gan shi yan ping tai 。zhen dui BOTDAji tong de bu li yuan zeng yi pu ,ben wen di chu xiao bo -gao si lv bo suan fa dui ji jin hang jiang zao lai di gao ji tong de xing neng ;zhen dui bu li yuan pin yi (Brillouin frequency shift,BFS)de di qu ,ben wen fen bie di chu shi yong AdaGrad(Adaptive gradient algorithm)suan fa yi ji xi shu yao shu hu xiang guan juan ji fa yi shi xian kuai su 、gao jing du de di qu 。lun wen de zhu yao yan jiu gong zuo ru xia :(1)ji yu xiao bo -gao si lv bo de bu li yuan zeng yi pu jiang zao fang fa yan jiu zhen dui BOTDAchuan gan ji tong zhong de bu li yuan zeng yi pu (Brillouin scattering spectrum,BGS),ben wen di chu xiao bo -gao si lv bo suan fa dui ji jin hang jiang zao lai di gao BGSde xin zao bi 。jie guo biao ming ,gai fang fa zai di sheng BGSxin zao bi de tong shi jiang BGSde xin hao jiang du di gao le yao 2mV,yin ci ,gai fang fa you li yu di gao BOTDAchuan gan ji tong de xin zao bi yu chuan gan ju li 。(2)ji yu AdaGradsuan fa de bu li yuan pin yi di qu fang fa yan jiu ben wen di chu cai yong AdaGradsuan fa dui BGSjin hang bu li yuan pin yi di qu ,bing cong chu shi zhi fu zhi yi lai xing yu yun suan su du yan jiu gai fang fa de xing neng 。jie guo biao ming ,yu chuan tong ti du xia jiang fang fa xiang bi ,gai fang fa dui chu shi zhi de yi lai cheng du geng di ,shou lian su du geng kuai ;yu LM(Levenberg-Marquard)suan fa xiang bi ,gai fang fa de mei zu shu ju ping jun hao shi jie sheng le yao 0.023s。yin ci ,ji yu AdaGradsuan fa de BFSdi qu fang fa neng gou kuai su 、zhun que de di qu chu BFS。(3)ji yu xi shu yao shu hu xiang guan juan ji suan fa de BFSdi qu fang fa yan jiu ben wen di chu ji yu hu xiang guan juan ji de xi shu yao shu hu xiang guan juan ji suan fa dui BFSjin hang di qu 。gai fang fa tong guo yao shu can kao luo lun ci qu xian de pin lv fen bu lai di gao BFSde di qu jing du 。jie guo biao ming ,zai 24.4kmde BOTDAji tong zhong ,gai fang fa jiao chuan tong hu xiang guan juan ji suan fa de BFSce liang jing du di sheng le yao 5MHz。yin ci ,gai fang fa you li yu di gao BOTDAchuan gan ji tong de ce liang jing du 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自北京邮电大学的汤文青，发表于刊物北京邮电大学2019-07-19论文，是一篇关于分布式光纤传感论文,布里渊散射论文,温度传感论文,北京邮电大学2019-07-19论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自北京邮电大学2019-07-19论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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