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利用局部受激散射提升布里渊光时域反射系统性能
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作者 陈映恺 乐晨 +7 位作者 郑永红 朱海军 钟振涛 刘江涛 刘阳 李拥政 郭林峰 徐小敏 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期122-131,共10页
分布式光纤传感技术在工程领域中逐渐得到大规模应用,为了简化传感解调模式以提高光纤监测方案的工程便捷性和可行性,在降低光纤监测成本的同时提高监测的精度和准确性,提出了一种基于局部受激散射的布里渊光时域反射系统。在采取光纤... 分布式光纤传感技术在工程领域中逐渐得到大规模应用,为了简化传感解调模式以提高光纤监测方案的工程便捷性和可行性,在降低光纤监测成本的同时提高监测的精度和准确性,提出了一种基于局部受激散射的布里渊光时域反射系统。在采取光纤单端探测以满足工程便捷使用要求的基础上,利用连续泵浦光的自发布里渊散射与系统中的探测脉冲光作用,通过自发布里渊散射系统中产生的局部受激布里渊散射模式,来提升布里渊光时域反射仪的传感距离和测温精度。通过此方法,可使原低成本布里渊光纤传感系统在使用宽度为100 ns的常用探测光脉冲基础上,将2.7 km测温光缆的末端测温精度提升至±1.27℃,提升了283%,改善了系统的测温精度和传感距离,且该结构不额外增加运算时间及其他冗余光电器件。与传统相干探测结构相比,该系统为改善低成本建筑工地专用布里渊光时域反射仪的性能提供了一种途径,尽量满足当前阶段建筑工程领域对超低成本分布式光纤解调仪的应用需求。 展开更多
关键词 光纤传感 布里渊光时域反射仪 受激布里渊散射 测温精度 结构优化
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联合改进小波阈值的BOTDR降噪技术研究 被引量:9
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作者 曹栋 毕研钊 +3 位作者 黄秋茗 陈映恺 郭林峰 赖敏 《国外电子测量技术》 北大核心 2022年第4期83-86,共4页
为了更好地提高布里渊光时域反射仪(Brillouin optical time domain reflectometer,BOTDR)系统采集信号的信噪比,尽可能消除系统噪声对信号的干扰,提出了一种基于改进小波阈值的去噪算法。该算法选取bior5.5作为小波基进行5层小波分解,... 为了更好地提高布里渊光时域反射仪(Brillouin optical time domain reflectometer,BOTDR)系统采集信号的信噪比,尽可能消除系统噪声对信号的干扰,提出了一种基于改进小波阈值的去噪算法。该算法选取bior5.5作为小波基进行5层小波分解,使用改进的阈值方法对每一层信号系数进行去噪。该阈值函数不但克服了硬阈值函数不连续的缺点,还解决了软阈值函数的恒定偏差问题,同时还能够有良好的适应性。实验结果表明,使用该算法,去噪后的信号更加平稳,信噪比相较于硬、软阈值去噪算法平均提升了约1.6、6.4 dB,均方误差平均减少约0.17、0.91,去噪效果显著提升,验证了该算法的有效性。 展开更多
关键词 布里渊光时域反射仪 改进小波阈值 去噪算法 信噪比 均方误差
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改善布里渊光时域反射仪空间分辨率研究进展 被引量:3
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作者 毕研钊 曹栋 +2 位作者 陈映恺 黄秋茗 郭林峰 《电子测量技术》 北大核心 2022年第17期22-28,共7页
在布里渊光时域反射(BOTDR)技术中,空间分辨率是一项重要的技术指标,受光纤中声学声子寿命的影响,工程领域应用的布里渊光时域反射仪空间分辨率多在1 m,可以满足大多数的工程需求。近年来,随着工程应用场景不断扩大,如特种结构形变监测... 在布里渊光时域反射(BOTDR)技术中,空间分辨率是一项重要的技术指标,受光纤中声学声子寿命的影响,工程领域应用的布里渊光时域反射仪空间分辨率多在1 m,可以满足大多数的工程需求。近年来,随着工程应用场景不断扩大,如特种结构形变监测、管廊精确定位等领域对布里渊光时域反射仪空间分辨率的要求也不断提高。基于BOTDR的结构,阐述了两类提高BOTDR空间分辨率的方法,并回顾了十多年来提高空间分辨率关键技术的进展。在现有的硬件比较成熟的基础上,未来提高空间分辨率的方法将改进软件处理算法、多种编码与信号处理算法相结合使用的方向发展。 展开更多
关键词 分布式光纤传感技术 布里渊散射 反射仪 空间分辨率
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提高布里渊光时域反射仪频移定位精度的二次寻峰算法 被引量:1
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作者 陈映恺 陈理平 +9 位作者 郑永红 高波 李拥政 付林林 刘鑫煜 马丁忆 高浩然 黄秋茗 郭林峰 Xu Xiaomin 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2024年第15期155-164,共10页
工程应用对布里渊光时域反射仪的使用不断提出实际需求:如何精准确定应变/温变的起始位置,便于快速修复节约人力物力成本,尤其是在地下工程、海下工程等无法直接观察的复杂情况下,对于光纤沿线频移起始位置的精准确定显得尤为重要。对... 工程应用对布里渊光时域反射仪的使用不断提出实际需求:如何精准确定应变/温变的起始位置,便于快速修复节约人力物力成本,尤其是在地下工程、海下工程等无法直接观察的复杂情况下,对于光纤沿线频移起始位置的精准确定显得尤为重要。对基于寻峰算法和短时傅里叶变换的布里渊光时域反射仪中获取频谱的算法进行改进,提出一种新的二次寻峰算法,通过判断布里渊增益谱中的峰值情况来计算温变/应变起始点与终止点。在脉冲宽度为100 ns、监测距离为1800 m的情况下,50 m温变段的起始点与终止点定位误差为0.4 m,在2000 m的探测距离上实现了1 m的空间分辨率。该算法在不增加运算时间和光电器件的基础上,提高了布里渊光时域反射仪对温度起始点和长度定位的准确性。与使用寻峰算法的布里渊光时域反射仪相比,使用二次寻峰算法的布里渊光时域反射仪具有更强的实用性与更高的性价比。 展开更多
关键词 布里渊光时域反射仪 短时傅里叶变换 频移 定位 算法优化
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利用局部受激散射激励提升紧凑型低成本BOTDR系统探测精度
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作者 刘鑫煜 陈理平 +5 位作者 陈玉明 李拥政 黄秋茗 陈映恺 郭林峰 徐小敏 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期40-49,共10页
提出一种利用局部受激布里渊散射(SBS)提升布里渊光时域反射(BOTDR)系统的检测精度的方法。实验中使用20 ns的泵浦脉冲,设置脉冲频率为40 kHz,在23℃温度下对1009 m待测光纤进行测量,然后设置脉冲频率为20 kHz,对2019 m待测光纤进行测量... 提出一种利用局部受激布里渊散射(SBS)提升布里渊光时域反射(BOTDR)系统的检测精度的方法。实验中使用20 ns的泵浦脉冲,设置脉冲频率为40 kHz,在23℃温度下对1009 m待测光纤进行测量,然后设置脉冲频率为20 kHz,对2019 m待测光纤进行测量,比较不同电流下频移分布的均方根误差(RMSE)。使用50 ns的泵浦脉冲,设置脉冲频率为20 kHz,对2000 m待测光纤上前端和后端各50 m长度光纤水浴加热至50℃并进行测量。实验结果说明尽管发生的SBS会减小BOTDR系统的传感距离,但却能够在一定程度上提高温度/应变的探测精度。与传统BOTDR系统相比,所提系统利用局部SBS提高了BOTDR系统特定距离上的探测精度,使得紧凑型低成本BOTDR系统的工程实用性得以提高。 展开更多
关键词 光通信 布里渊光时域反射 自发布里渊散射 受激布里渊散射 检测精度
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利用信号处理技术改善布里渊光时域反射仪空间分辨率研究进展
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作者 刘鑫煜 陈理平 +7 位作者 陈玉明 李拥政 付林林 马丁忆 高浩然 黄秋茗 陈映恺 郭林峰 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2024年第13期34-44,共11页
空间分辨率是衡量布里渊光时域反射技术的一项重要指标。传统的布里渊光时域反射仪空间分辨率被限制在1 m,已经不能完全满足工程领域对于高空间分辨率的需求。为了提高系统的空间分辨率,研究者们通常采用两种方法,即光路端的光脉冲调制... 空间分辨率是衡量布里渊光时域反射技术的一项重要指标。传统的布里渊光时域反射仪空间分辨率被限制在1 m,已经不能完全满足工程领域对于高空间分辨率的需求。为了提高系统的空间分辨率,研究者们通常采用两种方法,即光路端的光脉冲调制和电路端的信号处理。然而在简化系统结构、降低硬件成本和实现迭代升级方面,通过后端信号处理的方法有一定优势,也更能契合工程应用领域追求仪器性价比、批量产业化应用的需求。本文详细介绍了基于脉冲分段和布里渊谱分析的改善空间分辨率的信号处理方法,对这些方法的原理及实验方案进行了分析讨论,并对每种方法得到的效果进行了概括比较,最后对布里渊光时域反射技术的发展前景进行了展望。 展开更多
关键词 分布式光纤传感技术 布里渊光时域反射技术 空间分辨率 信号处理技术
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利用寻极大值法实现布里渊光时域反射技术频移快速定位及空间分辨率增强 被引量:5
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作者 黄秋茗 陈映恺 +6 位作者 刘鑫煜 陈理平 高波 付林林 李拥政 郭林峰 徐小敏 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第14期75-84,共10页
提出一种基于布里渊光时域反射(BOTDR)系统的寻极大值法,在快速傅里叶变换(FFT)和短时傅里叶变换(STFT)的基础上,实现了频移的快速定位及系统空间分辨率的增强。对时域信号进行FFT处理,利用寻极大值法判断是否存在温变或应变信息,再通... 提出一种基于布里渊光时域反射(BOTDR)系统的寻极大值法,在快速傅里叶变换(FFT)和短时傅里叶变换(STFT)的基础上,实现了频移的快速定位及系统空间分辨率的增强。对时域信号进行FFT处理,利用寻极大值法判断是否存在温变或应变信息,再通过逐级选取对应长度的时域信号来确定温变或应变频移发生的位置范围;对时域信号进行STFT处理,构建三维布里渊增益谱,通过寻极大值法构建布里渊频移分布来检测短距离温变或应变,从而提高系统空间分辨率。在实验中,利用基于等分FFT的寻极大值法,对2 km待测光纤中130 m段加热光纤的位置范围进行快速定位,系统运算时间缩短到原来的1/8。同时在设置探测光脉冲宽度为100 ns的条件下,利用基于STFT的寻极大值法,在2 km待测光纤上检测到0.6 m光纤长度的温度变化,实现了亚米级别的空间分辨率。与传统BOTDR系统相比,基于寻极大值法的STFT-BOTDR系统提高了实际应用中的检测速度与空间分辨率,工程实用性得以提高。 展开更多
关键词 光纤光学 布里渊光时域反射 短时傅里叶变换 寻极大值法 定位 空间分辨率
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