一、分布式光纤温度传感器信号处理系统的研究与设计（论文文献综述）
龚锐[1]（2021）在《基于OFDR的分布式光纤传感若干关键技术研究》文中研究表明随着5G物联网时代的到来,物联网正逐渐深入日常生活的各个方面,各行业对万物互联的需求也日益增加。作为物联网技术感知层的重要组成部分,传感器受到了广泛的研究和关注。光频域反射技术（OFDR）作为一种重要的分布式光纤传感技术,因其所具有的高空间分辨率、高信噪比、高灵敏度等优势,近年来受到越来越多关注,并在航空航天、精密仪器、医学、大型建筑等领域拥有广泛的应用。当前国内外的OFDR相关研究中,大多都采用了基于电脑端软件信号处理的方案,这种处理方法虽然便于实验调试,但因电脑端软件串行处理等因素大大影响处理速度,导致OFDR传感时间一般在分钟级别,无法满足OFDR技术的高速化需求。本论文针对OFDR高速化传感需求,设计了高速化OFDR信号处理方案,基于实验室当前已有的基于FPGA开发板所搭建的高速OFDR系统,设计并试验验证了 OFDR高速高空间分辨率应变传感、二维实时形状传感的实验方案,验证了所设计高速化OFDR信号处理方案的有效性。论文主要内容如下:1.针对OFDR高速化传感的需求,推导并得出了可调谐光源参数和OFDR系统各项指标之间的关系模型,设计了高速OFDR系统的光源连续扫频方案,包括光源扫频参数、工作模式设置等,并试验验证了该连续扫频方案的可行性。2.设计了基于“应变-曲率”参数映射模型和切角递推形状恢复算法的高速OFDR二维形状传感方案,并分别在MATLAB和LAB VIEW两个处理平台上实现了切角递推算法的形状重建过程。经试验验证,所设计的二维形状传感方案,能够测量到的物体最大形变曲率为10m-1,且最高传感速率可达16Hz,并在LABVIEW软件界面上实现了实时形状变化显示,验证了该二维形状传感方案的可行性。3.针对OFDR系统对高速率、高空间分辨率、长距离的传感需求,设计了高速实时应变参量传感、微小零件高分辨率应变传感、长距离应变传感的实验方案,并进行了试验验证。实验结果表明,本系统在5m的传感距离下整体传感时间不超过50ms,微小零件的高分辨率传感精度可达5mm,最长传感距离可达50m,验证了所设计实验方案的有效性。
王玎睿[2]（2021）在《可用于冰情监测的分布式光纤拉曼测温系统设计及应用》文中提出在冰科学研究中,冰盖厚度是监测凌汛灾害的重要指标之一,也是计算冰对水工建筑物作用力的重要参数。冰盖剖面温度是反映冰盖冻结和消融变化的关键因素之一,对于监测冰盖厚度变化具有重要作用。因此,研究冰盖剖面温度的测量方法及技术对于冰层各界面的准确识别,及时掌握冰盖厚度及冰盖内部的热力学变化具有重要意义。目前,传统的冰盖温度测量方法仅可以测量局部小范围内的冰温信息,面对长距离的测温需求,存在布设及维护成本高,易受干扰等的不足。分布式光纤传感技术使用普通光纤作为敏感介质和传输介质,可以使光纤铺设沿线的任一点的温度信息都能被检测到。相比传统的温度测量方法,具有精度高、测量距离长、抗干扰的优点。本文针对冰情环境中大范围的温度检测手段的不足,开展了可用于冰情检测的分布式光纤拉曼测温系统的设计研究。为了在不对现有测温系统进行硬件升级的情况下提升空间分辨率,提出了一种基于频域解调的反卷积校正算法,从而避免了因受系统有限带宽而导致的测温不准。在此基础上,设计了一种具有垂直高分辨率的温度测量装置,有助于更加详细地观测河流湖泊在结冰和消融期内冰盖温度的变化。本文主要完成了以下四个方面的工作:（1）从分布式光纤拉曼测温系统的基本原理出发,对基于光纤拉曼散射温敏特性的测温原理和基于光时域反射技术的定位原理进行研究。分析了两种常用温度解调方法的优缺点,选定了基于拉曼斯托克斯散射光的双路解调方法;（2）确定了系统的总体设计方案,根据选定的各个系统模块搭建了系统实验平台。针对采集到的拉曼散射信号强度非常微弱,信噪比低的问题,采用16000次累加平均和小波模极大值算法进行去噪处理。针对拉曼散射信号在传播过程中存在衰减的问题,采用信号衰减补偿的方法进行校正。此外,通过温度标定实验,得到了温度与拉曼比值的拟合曲线,拟合决定系数R2为0.9994;（3）为获得系统的性能参数,进行了相关实验,实验结果表明:在2 km的测量范围内,系统具有良好的时间稳定性和空间稳定性,空间分辨率为1.3 m,最大测温误差为0.51℃。为解决系统空间分辨率不足的问题,提出了一种反卷积校正算法,将空间分辨率提升到0.5 m,此时最大测温误差为0.48℃;（4）设计了一种垂直高分辨率温度测量装置,垂直分辨率可达2.5 mm,完成了冰层冻结和消融过程中剖面温度的检测实验。实验结果表明,该装置能够精确的识别出冰层厚度的变化,从而达到对冰层厚度进行识别的目的。
李璇[3]（2021）在《微型光纤干涉仪与分布式光纤传感技术的研究》文中提出随着经济全球化和信息技术的发展,信息已经成为当代社会最重要的资源。特别是近年来互联网技术、5G技术等新一代信息技术的迅速崛起,进一步推动了物联网产业的高速发展。伴随着IPV6以及WIFI技术的发展和普及,光纤作为信号传输的优质介质,由于本身就有着耐腐蚀、电绝缘、成本低、抗干扰等优良特性,被不断开发出许多新的应用方式,如光纤器件、光纤传感等,在环保监测、水利、医疗、军事、地质勘探等领域得到了广泛的使用。为了顺应光纤器件与光纤传感的发展需求,对其若干的关键问题进行深入研究是具有重大意义的。本文选取了微型光纤马赫-曾德尔干涉仪（MZI）与布里渊散射光时域反射仪（BOTDR）的一些关键问题进行研究。微型光纤MZI的关键问题主要为此类干涉仪的光谱波长变化易受外界环境变化影响,微型光纤MZI的应用场景受到限制;BOTDR系统的关键问题主要为如何克服在进行信号解调时存在的空间分辨率与频率分辨率之间的矛盾。针对以上问题,为拓展微型光纤MZI的应用场景,本文对微型光纤MZI的结构进行优化,提出一种具有制备高稳定性器件的可能性的基于环形光纤的微型光纤MZI;为提供实验平台基础,设计搭建了利用声光调制器调制的点频法BOTDR实验平台;为克服在进行信号解调时存在的空间分辨率与频率分辨率之间的矛盾,提出一种平滑伪魏格纳-威利分布（SPWVD）和四参数粒子群优化（PSO）的联合算法,本文所取得的主要研究成果为:1.提出一种基于环形光纤的微型光纤马赫-曾德尔干涉仪,通过仿真模拟与实验测量等方式分析其工作原理,发现其与传统的基于模间干涉的微型干涉仪相比,可以通过控制环形光纤的长度与环形纤芯的厚度以改变在传输过程中环形光纤各处位置的光场分布,进而控制其在干涉过程中的各项指标,如场强、消光比以及自由光谱范围等。同时,为了探究此类干涉仪的实际应用,通过实验测量对干涉仪对温度与折射率的传感性能进行了分析,发现当选用基于纤芯内外径之比约为0.61,长度为5000 μm的环形光纤的微型光纤马赫-曾德尔干涉仪时,干涉仪对某些外部环境温度与折射率的敏感度较低,且干涉光谱消光比可达到15.0 dB,因此此种干涉仪具有制备高稳定性器件的可能性,在未来的工作中,可对该结构进行更多的改进,以被开发并应用到更多领域中。2.搭建了利用声光调制器调制的点频法布里渊光时域反射（BOTDR）系统实验平台。与传统的利用电光调制器调制的扫频法BOTDR系统相比,声光调制器调制的脉冲信号消光比较高,且调制性能更加稳定,可以用于长时间的测量。同时,点频法BOTDR系统在数据采集过程中仅需采集一组数据即可得到光纤沿线布里渊频谱,与需要采集多组数据的扫频法BOTDR系统相比,可以节省测量时间,这有利于实时反应待测光纤周边环境变化信息。由测量结果可知,通过此系统得到的结果符合实际应用的要求,这为后续将此BOTDR系统进行进一步优化提供了实验平台基础。3.提出一种平滑伪魏格纳-威利分布（SPWVD）和四参数粒子群优化（PSO）的联合算法,其主要是用于在BOTDR系统提取光纤沿线布里渊频移时同时提升频率分辨率与空间分辨率的测量精度,减少数据采集与处理时间。通过理论分析与实验验证可知,基于SPWVD和四参数PSO的联合算法的BOTDR系统与传统的利用快速傅里叶变换与列文伯格-马夸尔特算法提取布里渊频移的BOTDR系统相比,可以节省测量时间,减少累加去噪的周期以及抑制频率分辨率与空间分辨率间的矛盾。同时,利用四参数PSO算法拟合布里渊增益谱时,无需设定初值即可完成对布里渊频移的提取,这减少了提前准备的时间。因此,基于SPWVD和四参数PSO的联合算法的BOTDR系统可以抑制频率分辨率与空间分辨率间的矛盾,节约采集与处理数据的时间以及提高测量精度。
孟臻[4]（2021）在《基于分布式光纤场域数据的地下扰动源定位与识别研究》文中进行了进一步梳理随着我国城镇化进程飞速推进,城市地下管道建设规模不断增加。城市地下管道纵横交错、环境复杂,腐蚀、老化、施工破坏等原因引起的城市地下管道泄漏事件频发。如果不能及时发现地下管道泄漏事件,极易导致建筑下陷、坍塌、爆炸等大型事故,带来不可估量的生命财产损失。因此,为避免重大事故的发生,需要对城市地下管道的安全状态进行实时监测。相位敏感型光时域反射（Phase Optical Time-Domain Reflectometer,Φ-OTDR）仪是一种监测振动变化的分布式光纤传感系统,能够实现对光纤周围振动事件沿空间分布与时间变化的连续监测,相比于传统监测手段具有耐腐蚀、抗电磁干扰、连续分布式监测、探测灵敏度高、响应速度快等优点,十分切合城市地下管道监测要求,已成为城市地下管道安全监测领域研究热点。受城市地下复杂环境影响,Φ-OTDR传感技术应用仍需要在数据处理、特征提取与识别等方面进行更加深入研究。影响城市地下管道泄漏监测的问题主要有以下三个方面:（1）管道泄漏早期,泄漏信号强度微弱,信号信噪比低;（2）受到环境干扰因素和监测数据量影响,时空定位精度差,实时性低;（3）多种因素耦合干扰下,事件关键信息难表征,导致城市地下管道泄漏事件识别率低。针对以上问题,作者开展基于分布式光纤场域数据的地下扰动源定位与识别研究。其中,Φ-OTDR监测数据具有场域特点,数据同时包含时间、距离和相位三维属性;扰动源是指作用于光纤并对其传播信号产生扰动的振动事件,地下扰动源包括地下管道的爆裂、泄漏等事件。本文围绕城市地下管道早期泄漏,首先研究微弱信号的增强方法,解析多干扰耦合下的事件时空定位问题,准确确定扰动源的位置信息和作用时间,再分析多维特征与管道泄漏关系,提取少量关键混合特征结合加权随机森林算法实现管道泄漏事件的准确识别。本文主要研究内容如下:（1）基于经验模态分解的扰动源信号增强方法研究。针对实际监测信号非平稳和含有环境噪声的问题,提出了一种基于自适应噪声的完备经验模态分解（Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise,CEEMDAN）和分布差异度量（Kullback-Leibler,KL）的扰动源信号增强方法。首先,该方法对监测信号进行经验模态分解,计算每个本征模式函数（Intrinsic Mode Function,IMF）与原始信号之间的分布差异。其次,通过分布差异度量改善重构信号中的特征信息,提升信号主要特征,实现信号降噪与增强的目的。最后,通过模拟实验进行扰动源信号增强对比分析。实验结果表明该方法能够有效去除环境噪声的干扰,改善扰动源信号质量,信号信噪比平均提高9.2dB。（2）基于自适应近邻二值模式的扰动源定位方法研究。针对扰动源时空定位精度差、实时性低的问题,提出了一种自适应移动邻域二值模式（Adaptive Moving Neighbor Binary Pattern,AMNBP）的扰动源定位方法。AMNBP根据扰动源振动传播特点,通过自适应紧邻二值模式实现了对扰动源的定位。首先,对信号进行分窗处理,每个窗口对应四位二值模式编码。然后,比较窗口的平均值和每组信号的平均值获得二进制编码结果。再通过无泄漏信号进行自适应增益调整,改善编码结果中的关键信息,实现管道泄漏事件的时空定位。既解决了事件的准确定位问题,又克服了 Φ-OTDR传感系统数据量庞大、定位不及时的难题,缩小了用于特征提取与事件识别的数据规模。最后,通过实验证明了该定位方法的有效性,时空定位精度达到94.35%,定位计算过程平均用时减少了 27.32%。（3）扰动源多维特征提取与选择方法研究。特征提取研究是管道泄漏事件准确识别的先决条件。城市地下管道监测环境耦合因素多,单一特征难以准确表征事件关键信息。本文通过调研大量文献,梳理出覆盖时域、频域、信号处理等领域常见的特征提取方法20种,从多个维度对比特征在扰动源表征上的差异性,并通过基于随机森林分类器的包裹法实现特征选择。其中,根据Φ-OTDR数据特点,改进了峰均比、短时间隔过零率特征提取方法;引入了语音处理领域平均幅度差、信号占空比、倒谱特征系数等特征,统计领域波峰系数、波谷系数、偏度和峰度等特征。最后,进行实验梳理和对比了各项特征在管道泄漏和干扰事件上的差异性,并筛选出表征管道泄漏的关键特征组合。（4）基于混合特征和加权随机森林的扰动源识别方法研究。针对不同特征与扰动源对应关系不明确,城市地下管道泄漏事件识别率低问题,提出了一种基于混合特征和加权随机森林的扰动源识别方法（Hybrid Features and Weighted Random Forest,HF-WRF）。分析影响管道泄漏判别的特征重要性,基于混合特征组合和加权随机森林算法研究用于识别管道泄漏的方法。根据特征重要性结果,增加包含管道泄漏识别关键特征决策树的权重值,改善随机森林识别效率。最后,进行多种压力下的管道泄漏实验,结果表明基于峰均比、短时间隔过零率和平均幅度差混合特征与加权随机森林识别方法可以准确识别多干扰因素影响下的管道泄漏事件,地下管道泄漏事件平均识别准确率达到98.16%。根据以上研究内容,本文的创新点有以下三点:（1）提出了一种基于CEEMDAN-KL的Φ-OTDR监测信号增强方法。针对实际环境下监测信号微弱、非平稳的问题,通过添加完备高斯白噪声的经验模态分解,解决了分量模态混叠的问题,分析度量经验模态分量与原始信号的分布差异性,改善了信号重构和降噪效果,保留信号中主要特征,解决了非平稳信号的重构与增强,提高了信号信噪比,实现了实际环境下监测信号降噪和数据质量增强。（2）提出了一种AMNBP的扰动源二值编码定位算法。针对多因素耦合下事件时空定位精度差,实时性低的问题,利用监测事件在传感场域数据中的投射规律,采用邻域二值模式进行信号的降维和能量密度编码,通过无事件信号进行编码结果增益调整,实现了对监测事件的时空快速定位,降低了监测数据量大和数据质量差的影响,提升了事件定位效率,克服了噪声干扰对定位精度的影响,解决了实际监测中微弱信号的精确高效定位问题。（3）提出了 HF-WRF的扰动源集成识别算法。针对单一特征难以准确表征城市地下管道泄漏事件关键信息,实际环境下识别率低的问题,研究时域、频域、统计等多维特征提取方法与扰动源表征关系,采用相关性分析和包裹法筛选出峰均比、短时间隔过零率和平均幅度差混合特征组合来描述城市地下管道泄漏事件关键信息,实现了特征空间维数的压缩和事件关键特征的选择,通过特征重要性分析调整决策树权重系数,降低了多种干扰因素对最终识别的影响,有效提升了算法在多因素耦合下管道泄漏事件识别的准确率。根据上述研究内容和创新点,本文共有六个章节。第一章绪论,对本研究的背景、研究对象及场景进行了阐述,介绍了光纤传感信号和相位敏感型光时域反射仪的技术特点与应用情况,在分析了 Φ-OTDR技术在具体应用中的优点和不足后,总结了本论文的研究内容和创新点;第二章针对含有环境噪声的Φ-OTDR监测信号,提出了一种CEEMDAN-KL的信号增强方法,通过度量信号与本征分量分布差异进行信号重构,实现噪声去除与信号增强;第三章针对基于Φ-OTDR场域数据的地下扰动源时空定位精度差、实时性低的问题,提出来AMNBP的扰动源定位方法。通过领域二值模式和自适应增益调整,实现大数据量下扰动源的快速准确定位;第四章针对特征与扰动源表征关系复杂,梳理了覆盖时域、频域、统计等领域的20种特征表征方法,分析了特征与扰动源对应关系,筛选出管道泄漏的关键特征组合;第五章基于特征选择结果,设计决策树权重系数,通过加权随机森林方法实现耦合干扰下地下管道不同压力泄漏事件的准确识别;第六章对全文主要成果进行总结,讨论目前研究内容的局限性并展望未来研究方向。
沈志平[5]（2020）在《光纤振动传感器关键技术研究》文中指出光纤振动传感技术在周界区域安防、石油天然气管道监测、大型桥体混凝土建筑安全等领域有着广阔的市场和重要意义。本文研究的分布式光纤振动传感系统因其使用普通单模光纤作为振动信号感知单元,结合光信号调理、FPGA数据流预处理等关键技术,具有成本低、监测范围大、灵敏度高、不受电磁干扰等优点,适合于易燃易爆、周界大区域等特殊使用环境。论文在光路方面基于背向散射及光干涉原理,研究并搭建了对振动信号敏感的干涉光路结构。在硬件方面利用FP-LD窄线宽激光器,研制了适用于干涉光路结构的低成本光源模块,实现了130 m W的脉冲激光输出。针对课题所研制的干涉光路结构,研制了OTDR光信号接收处理模块并实现了背向散射光信号的接收、放大与滤波处理。在振动信号解调方面,利用FPGA在并行高速数据流处理方面的优势,制作并调试了FPGA信号处理模块,实现了与OTDR光信号接收处理模块联调以及振动数据流的预处理。搭建了长距离分布式光纤振动传感实验系统,提出利用分段增益补偿的方法,采用压控运放进行分段放大补偿光纤随距离衰减的光信号,以提高尾端信号OTDR迹线的信噪比。在利用EDFA进行功率放大的实验中,发现了光脉冲信号的畸变,可能影响系统性能指标。实验室内基于原理样机进行了系统调试以及关键性能测试,获得了单点定位精度优于±15 m,多点定位精度优于±30 m,支持多点同时扰动,传感范围达20 km,响应时间小于2 s的实验结果。在实际大区域的周界安防与管道防护等领域,具有潜在的应用价值。
张园[6]（2020）在《基于拉曼及瑞利散射的分布式光纤温度应变传感系统》文中研究说明光纤技术和光时域反射技术的发展奠定了分布式光纤传感技术的基础,分布式光纤传感技术在温度、应变以及振动的长距离测量中尤为突出。传统的电子传感设备由于其固定的点式传感特征,使得测量存在盲区且易受电磁干扰等。而分布式光纤传感系统具有重量轻、体积小、长距离、抗干扰性强等优点,在电厂火灾报警、桥坝缺陷故障检测以及矿井安全监测等场景有着非常广泛的实际应用。如今,分布式光纤传感温度及应变测量多采用以布里渊散射效应为主要技术的方案,然而该方案中测量的布里渊频移量对温度和应变都较为敏感,这导致了光纤温度和应变测量的交叉敏感现象,在一定程度上限制了测量灵敏度,通常要设置温度或者应变补偿装置来消除这种现象。为了简化系统结构和提高测量精度,本文提出了一种基于拉曼和瑞利散射的光纤传感系统,基于该混合方案实现了光纤温度和应变的同时测量。实验表明,该系统原理简单、结构紧凑、成本低,在使用RBF神经网络模型替代了传统的数据处理方法后,可以减少测量误差,提高温度测量精度。下面简要介绍工作内容。首先,本文阐述了光时域反射技术的空间定位原理,分析了瑞利散射、布里渊散射以及拉曼散射的测量原理,比较了这三种散射在温度、应变以及振动测量中的优缺点,最终基于本系统选择了瑞利和拉曼散射的混合方案测量温度及应变。接着介绍了分布式光纤温度及应变传感系统的设计方案,详细描述了各个器件及装置的性能参数,包括1550nm中心波长的脉冲激光器、光环形器、三带宽的波分复用器、光电探测器、数据采集卡、多模传感光纤和温度及应变调制装置等。简单介绍了数据采集卡实现A/D转换的相关代码及软件界面。随后介绍了本系统在信号处理上的优化方案,包括累加平均算法,色散补偿平移算法等。最后结合使用RBF（径向基函数）神经网络模型计算温度并与传统的双路解调算法进行比较。实验验证在使用RBF神经网络模型替代了传统的数据处理方法后,可以减少测量误差,提高温度测量精度。最后,验证了本文设计的系统在分布式光纤温度及应变传感测量中的有效性。其中温度测量精度约为±0.25℃,应变测量精度约为±0.1mm,系统空间分辨率为1m,光纤传感距离为5km。本系统具有原理简单、结构紧凑、成本低等优点,作为温度和应变同时测量的低成本分布式光纤传感系统有一定的参考及使用价值。
杨超[7]（2020）在《分布式光纤温度传感器的控制系统软件设计》文中指出分布式光纤传感器凭借着诸多独特的优势而广泛用于能源,安全,国防和运输等工业场景。尤其是基于布里渊光学时域分析（BOTDA）的光纤传感器可在超过几十公里的光纤上进行高精度的分布式测量。论文基于BOTDA理论,设计并实现了基于嵌入式平台的软件控制系统。相比于传统的分布式光纤传感器,基于BOTDA和嵌入平台开发的分布式光纤传感系统,可以测量外界环境的温度和应力信息,具有体积小、成本低、性能稳定等优势。论文的研究重点是数据传输、数据交互和通信协议等功能的设计与实现。FPAG采集的原始数据经过预处理产生低速数据,经过嵌入式CPU中的布里渊频移算法处理得到不同位置的温度和应变数据,这些数据传输到嵌入式Linux系统中,采用进程间通信的方式实现与客户端的数据交互。通过自定义的通信协议,将数据传输和数据解析紧密联系起来,有效地提高了数据交互的准确性和系统的稳定性。此外,论文提出了一种基于紫外胶热光效应的光纤测温系统,采用双通道对数放大电路的设计,有效地提高了系统的灵敏度和准确率。通过仿真和实验,验证了紫外胶作为传感元件的可行性。该传感器具有成本低,结构简单、易于操作的优点,在某些低成本应用场景中,具有明显的优势。
方星[8]（2020）在《分布式光纤拉曼温度传感系统关键技术的研究》文中认为分布式光纤拉曼温度传感系统是现今应用十分广泛的一种测温系统,比如在铁路交通、油气管道、森林火灾等场合中预警;此系统还能够在传感长度长、高温高压、强腐蚀性、强电磁干扰的环境中正常工作,比如核电厂、高压等环境中。分布式光纤拉曼温度传感系统的两个理论支柱就是光纤中的背向拉曼散射对温度信号的敏感关系以及基于光时域反射原理的光纤中的定位技术,使得我们可以获得连续而又稳定的温度信号。然而,在实际的工程实践中,自发的拉曼散射光其光功率比入射光光功率低45dBm至60dBm,这严重的影响到整个系统的实时检测功能和测量时间。这使得我们必须要找到良好的信号处理方法。本文从这个角度分析分布式光纤拉曼温度传感系统在工程实践中存在的噪声,分析产生噪声的原因,比如系统本身硬件上可能存在的噪声及系统的光噪声,同时基于这些原因选择可以降低系统噪声的方法。并探求以深度学习的方法来进行去噪处理,提升系统的信噪比,使得系统的性能更加优越。本文工作有以下几部分:（1）本文介绍了分布式光纤拉曼温度传感系统的国内外发展现状。接着又介绍了光纤中的拉曼散射、瑞利散射、布里渊散射的原理以及光时域反射原理;并对比分析了基于反斯托克斯光的单光路解调方法、以瑞利散射光作为参考光且使用反斯托克斯光的双光路解调方法、以斯托克斯光作为参考光且使用反斯托克斯光的双光路解调方法的特点。（2）本文对系统的搭建及系统各模块器件的主要参数、及系统的性能指标等进行了介绍,并分析了在分布式光纤拉曼温度传感系统中的多种噪声产生的原因。并阐述了累加平均方法以及快速独立成分分析方法的原理等。（3）本文中使用到的去噪的方法有传统的累加平均算法以及快速独立成分分析（Fast-ICA）算法。以提高信噪比1dB为目标对数据进行深度学习的训练。经过试验对比发现Fast-ICA方法的去噪效果比较优越,对提高系统的信噪比有所帮助。
陈可楠[9]（2020）在《高性能拉曼散射分布式光纤温度传感系统关键技术研究》文中研究表明近年来,我国大型基础设施的规模飞速增长。大型基础设施的服役周期长,服役期间极有可能造成结构上的损伤,从而引发严重的安全事故和经济损失,所以其结构健康监测越来越受到重视。温度监测是结构健康监测的一个重要组成部分。温度变化所引起的结构形变、损伤和老化对于基础设施的结构可靠性具有明显的影响,通过温度信息可以推测基础设施的健康状态。同时,温度信息可以对火灾或管道泄漏等异常事件进行预警。分布式光纤传感技术能够感测光纤沿线的温度、应力、振动等参量,特别适合于基础设施结构健康监测中大范围、长距离、连续分布式的需求,具有独特的优越性。作为分布式光纤传感技术的重要分支,基于拉曼光时域反射的分布式光纤温度传感系统利用自发拉曼散射效应获得光纤沿线的温度信息,可实现数十千米传感距离上米量级的空间分辨率,为结构健康监测提供了高密度、低成本、长距离的分布式温度监测方案,因此十分适合于大型基础设施的分布式温度监测。但是,目前基于拉曼光时域反射的分布式光纤温度传感系统存在着一些问题,使得其在工程应用上的推广受限。首先,系统的测量精度依赖于温度参考点的选取,而现有的温度标定方法需要进行多次回厂检测,无法实现实时的温度标定。其次,系统测量精度的提升会造成其他性能参数的恶化。同时,测量精度的提升需要依赖于复杂的硬件设计,增加了系统的制造成本。最后,系统的温度预警方式单一,无法全面评估温度异常事件的威胁程度,报警阈值的设定高度依赖人工参与。为此,本文主要开展以下工作:1、为了实现系统温度自标定功能,设计了一种外置式自标定装置及动态温度自标定方案,免除了回厂检测的流程,提高了系统的智能化程度;2、分析了限制系统温度测量精度提升的噪声特性,并提出了相应的抑噪方法。利用嵌入式系统中的高速数据采集卡完成了拉曼散射光信号的累加平均,抑制了系统宽带噪声。提出了一种动态噪声基底差分法,抑制了长距离探测时光电探测模块由于动态范围不足所产生的基底噪声。对反斯托克斯光和斯托克斯光信号的比值进行了衰减补偿处理,消除了反斯托克斯光和斯托克斯光信号衰减系数不同对温度解调所带来的影响。比较小波变换不同阈值选择方案,优选极大极小阈值（Minimaxi）方案将解调后温度曲线进行小波阈值降噪处理,提升了系统的温度测量精度;3、实现了绝对温度、温度变化量、温度变化速率的多参量综合诊断,以及基于自适应阈值的温度预测报警方式,解决了目前分布式光纤温度传感系统温度报警方式单一无法适用于多场景应用的问题,有效地缩短了温度报警的响应时间,降低了漏报和误报的概率。本文成功研制了一种具有自标定能力的高性能拉曼散射分布式光纤温度传感系统,该系统在10km测量距离上达到了3m空间分辨率、±1.5℃测温精度和0.11℃温度分辨率。通过信号处理,在不改变硬件结构的情况下,系统测量温度波动减少4.02℃,信噪比提升13.87d B,温度测量精度提升35.77%。在外场条件下设置了管道泄漏的模拟实验,证明了该系统可以适应外场环境,为大型基础设施结构健康监测中的分布式温度监测提供了一种可靠的解决方案。
滕飞[10]（2020）在《基于双Sagnac结构分布式光纤扰动传感系统及其定位技术研究》文中进行了进一步梳理分布式光纤扰动传感技术将光纤自身既作为传输介质又作为传感单元,集传感和传输为一体,利用一根光纤即可实现对光纤传输路径上外界扰动的连续测量,具有传感距离长、监测范围广、灵敏度高、实时性强等独有特性,使得该项技术在电力电缆管线、石油天然气管道、铁路桥梁建筑以及周界安防等重大国计民生领域具有十分广阔的应用前景。基于Sagnac结构的干涉型技术在分布式光纤扰动传感领域展现出了结构简单、灵敏度高、经济成本低、抗干扰能力强等特有的技术优势。本文在继承传统Sagnac型分布式光纤扰动传感技术优点基础上,针对目前普遍存在的“偏振衰落”、“多点定位”、“多参数检测”等关键技术问题,提出了一种基于双Sagnac结构的分布式光纤扰动传感器系统,并针对该传感器结构,提出了一种基于频域“谱峰比”的定位计算方法,为解决上述问题上提供了切实可行的方案。本论文的主要研究内容如下:1、简要分析了多种基于不同技术和类型的分布式光纤扰动传感器系统,重点分析了现有Sagnac型分布式光纤扰动传感技术的特点和不足,并针对存在的问题,提出了一种基于结构的分布式光纤扰动传感系统,该系统采用单宽带光源设计并工作在一个波长,利用了保偏光纤中同时存在的两个偏振模式HE11x与HE11y构成了双Sagnac干涉仪的结构,并研究了系统构成和定位原理。同时建立了该基于双Sagnac结构分布式光纤扰动传感器系统的琼斯矩阵模型,并对系统的工作原理详细分析,证明了本文提出的传感器结构具有较强的“抗偏振衰落”特性。2、对常用相位解调技术进行了分析对比,结合本文传感器结构特点,重点研究了基于3×3耦合器对称解调法在本文双Sagnac结构分布式光纤扰动传感器系统中的应用;研究和分析了相位噪声对传统基于时域定位算法的严重影响,为提高传感器定位精度,提出了一种基于频域“谱峰比”的新定位算法,推导并建立了多点定位的理论计算方法,为解决基于干涉型分布式光纤扰动传感技术在多点扰动定位问题上提供了一种切实可行的方向。3、从理论分析了基于“谱峰比”算法对扰动幅度进行检测的原理和方法,并从实验上证明了本文传感器系统可以实现对扰动信号的位置、频率、幅度等多参数的定量测量,实验表明,本文提出的基于双Sagnac结构分布式光纤传感器系统,具备对扰动事件进行多点、多参数信息同时监测的能力,为拓展基于干涉型分布式光纤扰动传感技术的应用范围起到积极促进作用。
二、分布式光纤温度传感器信号处理系统的研究与设计（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、分布式光纤温度传感器信号处理系统的研究与设计（论文提纲范文）
（1）基于OFDR的分布式光纤传感若干关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 光纤传感技术概述 |
| 1.3 瑞利散射型分布式光纤传感技术 |
| 1.3.1 基于瑞利散射的光时域反射技术 |
| 1.3.2 基于瑞利散射的光频域反射技术 |
| 1.4 OFDR技术研究及发展现状 |
| 1.5 研究内容和结构 |
| 第二章 高速OFDR系统原理研究及信号处理方案设计 |
| 2.1 OFDR系统原理研究 |
| 2.1.1 光频域反射仪的拍频干涉原理 |
| 2.1.2 OFDR系统应变温度传感原理 |
| 2.2 光源非线性调谐效应及补偿方法 |
| 2.2.1 光源的非线性调谐效应 |
| 2.2.2 基于硬件的光源非线性补偿方法 |
| 2.3 高速OFDR系统关键参数分析 |
| 2.3.1 光源参数分析 |
| 2.3.2 系统传感时间 |
| 2.4 OFDR数据处理算法概述 |
| 2.4.1 OFDR参量传感整体算法 |
| 2.4.2 互相关处理算法 |
| 2.5 OFDR二维形状传感算法原理 |
| 2.5.1 应变—曲率参数映射模型 |
| 2.5.2 切角递推形状恢复算法 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 OFDR系统整体设计及搭建 |
| 3.1 高速OFDR系统整体结构设计 |
| 3.2 OFDR光路系统器件选型介绍 |
| 3.2.1 激光器的选型 |
| 3.2.2 光电探测器的选型 |
| 3.3 OFDR光路系统的搭建与调试 |
| 3.3.1 辅助干涉仪的搭建 |
| 3.3.2 主干涉仪的搭建 |
| 3.3.3 光路系统调试 |
| 3.4 FPGA数据采集及处理平台选型介绍 |
| 3.4.1 数据采集卡的选型与分析 |
| 3.4.2 FPGA评估板的选型 |
| 3.5 FPGA数据采集及处理平台的搭建 |
| 3.5.1 连续采集的逻辑 |
| 3.5.2 FPGA数据采集及处理系统的整体结构 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 OFDR系统实验设计及验证 |
| 4.1 OFDR应变传感实验 |
| 4.1.1 高速实时应变传感实验 |
| 4.1.2 50米长距离应变传感实验 |
| 4.1.3 高空间分辨率微小零件应变传感实验 |
| 4.2 OFDR二维形状传感实验 |
| 4.2.1 静态二维形状传感实验 |
| 4.2.2 动态高速二维形状传感实验 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 全文工作总结 |
| 5.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 缩略词索引 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间的研究成果 |
（2）可用于冰情监测的分布式光纤拉曼测温系统设计及应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 冰情检测方法研究现状 |
| 1.2.2 温度检测方法研究现状 |
| 1.2.3 分布式光纤拉曼测温方法研究现状 |
| 1.3 本文的主要研究内容 |
| 第二章 分布式光纤拉曼测温系统的理论基础 |
| 2.1 光纤中的散射现象 |
| 2.1.1 自发拉曼散射 |
| 2.1.2 受激拉曼散射 |
| 2.2 光纤拉曼散射的温敏特性 |
| 2.3 光时域反射技术 |
| 2.4 基于拉曼反斯托克斯光的解调方法 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 分布式光纤拉曼测温系统平台搭建及信号处理 |
| 3.1 分布式光纤拉曼测温系统平台搭建 |
| 3.1.1 分布式光纤拉曼测温系统总体方案设计 |
| 3.1.2 分布式光纤拉曼测温系统关键模块选型 |
| 3.1.3 系统实验平台搭建 |
| 3.2 分布式光纤测温系统的信号处理 |
| 3.2.1 累加平均去噪 |
| 3.2.2 信号衰减补偿 |
| 3.2.3 小波模极大值去噪算法 |
| 3.3 温度标定 |
| 3.3.1 温度标定区域的选择 |
| 3.3.2 温度标定实验方案 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 系统性能分析及空间分辨率优化 |
| 4.1 系统性能指标 |
| 4.2 反卷积算法对空间分辨率的优化 |
| 4.2.1 影响系统空间分辨率的因素 |
| 4.2.2 提高空间分辨率的反卷积校正算法 |
| 4.2.3 实验验证及数据分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 冰层生消过程模拟实验和数据分析 |
| 5.1 冰层生消过程模拟实验 |
| 5.1.1 垂直高分辨率传感部分整体设计 |
| 5.1.2 不同弯曲半径对拉曼信号的影响 |
| 5.2 冰层生消过程数据分析 |
| 5.3 海冰生消过程模拟实验 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
（3）微型光纤干涉仪与分布式光纤传感技术的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 微型光纤马赫-曾德尔干涉仪的分类及研究进展 |
| 1.2.1 微型光纤马赫-曾德尔干涉仪的分类 |
| 1.2.2 微型光纤马赫-曾德尔干涉仪的研究进展 |
| 1.3 基于布里渊散射的分布式传感技术的分类与研究现状 |
| 1.3.1 基于布里渊散射的分布式传感技术的分类 |
| 1.3.2 基于布里渊散射的光时域反射系统(BOTDR)的研究进展 |
| 1.4 论文研究内容与创新点 |
| 1.5 论文结构安排 |
| 第二章 微型光纤马赫-曾德尔干涉仪理论基础 |
| 2.1 矢量亥姆霍兹方程 |
| 2.2 阶跃光纤中的模式求解 |
| 2.3 单模光纤-特种光纤熔接结构中模式的激发与耦合 |
| 2.4 基于特种光纤的微型光纤马赫-曾德尔干涉仪的干涉原理 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 基于布里渊散射的分布式光纤传感理论基础 |
| 3.1 光纤中自发布里渊散射的产生机理 |
| 3.2 光纤中布里渊散射的特征 |
| 3.2.1 布里渊增益谱的特征 |
| 3.2.2 布里渊散射的阈值 |
| 3.2.3 布里渊频移(BFS)与温度以及应力的关系 |
| 3.3 布里渊分布式光纤传感的主要性能参数 |
| 3.3.1 空间分辨率 |
| 3.3.2 BOTDR系统的信噪比 |
| 3.4 BOTDR系统的相干检测原理 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于环形光纤的微型光纤马赫-曾德尔干涉仪 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于环形光纤的微型光纤马赫-曾德尔干涉仪(MZI)的理论分析 |
| 4.2.1 环形光纤的结构与归一化参数 |
| 4.2.2 基于环形光纤的微型光纤MZI的干涉原理 |
| 4.3 基于环形光纤的微型光纤MZI的仿真结果与性能分析 |
| 4.3.1 环形光纤的纤芯内外径之比对模式场分布的影响 |
| 4.3.2 环形光纤的长度对MZI的插入损耗、最大消光比(ER)以及自由光谱范围(FSR)的影响 |
| 4.4 基于环形光纤的微型光纤马赫-曾德尔干涉仪的制作 |
| 4.5 实验结果及讨论 |
| 4.5.1 基于环形光纤的微型光纤MZI对温度的灵敏度实验 |
| 4.5.2 基于环形光纤的微型光纤MZI对外界环境折射率的灵敏度实验 |
| 4.6 结论 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 利用声光调制器调制的点频法BOTDR系统 |
| 5.1 BOTDR系统整体方案设计 |
| 5.2 BOTDR系统中关键器件的选择 |
| 5.2.1 激光光源 |
| 5.2.2 声光调制器(AOM) |
| 5.2.3 脉冲放大器 |
| 5.2.4 功率放大掺铒光纤放大器(EDFA) |
| 5.2.5 光纤布拉格光栅滤波器 |
| 5.2.6 光电探测器 |
| 5.2.7 可调谐微波源 |
| 5.2.8 信号采集模块 |
| 5.3 BOTDR系统中的布里渊增益谱解调方法 |
| 5.4 BOTDR系统中的布里渊谱型拟合算法 |
| 5.5 BOTDR系统中的控制软件界面与主要功能 |
| 5.5.1 EDFA控制系统 |
| 5.5.2 BOTDR系统的数据处理界面 |
| 5.6 BOTDR系统中的实验结果与讨论 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 平滑伪魏格纳-威利分布与粒子群优化联合算法对BOTDR的应用 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 平滑伪魏格纳-威利分布(SPWVD)和四参数粒子群优化(PSO)的联合算法理论基础 |
| 6.2.1 平滑伪魏格纳-威利分布(SPWVD)算法原理 |
| 6.2.2 四参数粒子群优化(PSO)算法原理 |
| 6.3 实验结果与讨论 |
| 6.4 结论 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 论文工作总结 |
| 7.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 缩略词对照表 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
（4）基于分布式光纤场域数据的地下扰动源定位与识别研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 分布式光纤传感技术研究 |
| 1.2.2 Φ-OTDR技术国内外研究现状 |
| 1.3 研究内容及创新点 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 论文章节安排 |
| 1.3.3 创新点 |
| 第二章 基于经验模态分解的扰动源信号增强方法研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 Φ-OTDR数据和扰动源特性研究 |
| 2.2.1 系统及数据特性研究 |
| 2.2.2 扰动源特性研究 |
| 2.2.3 数据预处理相关工作 |
| 2.3 基于Φ-OTDR监测数据的信号增强方法 |
| 2.3.1 经验模态分解方法 |
| 2.3.2 CEEMDAN-KL信号增强算法 |
| 2.3.3 信号增强方法定量评估方法 |
| 2.4 扰动源信号增强验证实验与分析 |
| 2.4.1 实验设计与数据采集 |
| 2.4.2 结果分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 扰动源自适应移动邻域二值模式定位方法研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于AMNBP算法的定位方法研究 |
| 3.2.1 基于光纤布设方式的定位研究 |
| 3.2.2 LBP编码方法研究 |
| 3.2.3 基于AMNBP的扰动源时空定位方法研究 |
| 3.3 基于AMNBP算法的扰动源定位实验与分析 |
| 3.3.1 实验设计与数据采集 |
| 3.3.2 AMNBP编码与结果分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 扰动源多维度特征提取与选择方法研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 扰动源特征提取与选择方法研究 |
| 4.2.1 扰动源特征提取方法 |
| 4.2.2 扰动源特征选择方法研究 |
| 4.3 基于Φ-OTDR数据的扰动源特征提取与选择实验 |
| 4.3.1 实验设计及数据采集 |
| 4.3.2 特征提取分析 |
| 4.3.3 特征选择分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于混合特征和加权随机森林的扰动源识别方法研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于Φ-OTDR场域数据的扰动源识别方法研究 |
| 5.2.1 集成学习方法 |
| 5.2.2 随机森林方法与特征重要性分析 |
| 5.2.3 基于混合特征和加权随机森林的扰动源识别方法研究 |
| 5.3 基于混合特征与随机森林算法的扰动源识别实验与分析 |
| 5.3.1 实验设计与数据采集 |
| 5.3.2 基于混合特征与加权随机森林的识别结果与分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 研究结论及展望 |
| 6.1 主要结论与成果 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的论文 |
| 攻读博士学位期间科研工作及奖励 |
（5）光纤振动传感器关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 专用术语注释表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 光纤振动传感器研究现状 |
| 1.3 分布式光纤振动传感研究现状 |
| 1.4 论文各章节安排 |
| 第二章 背向散射原理及定位方式 |
| 2.1 光纤中的背向散射效应 |
| 2.2 OTDR工作原理及定位方式 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 分布式光纤振动传感系统设计与功能实现 |
| 3.1 OTDR型分布式光纤传感系统结构设计 |
| 3.2 光源模块与性能测试 |
| 3.2.1 功能设计 |
| 3.2.2 性能测试 |
| 3.3 OTDR光信号接收处理模块 |
| 3.3.1 功能设计 |
| 3.3.2 电路模块 |
| 3.4 FPGA信号处理模块 |
| 3.4.1 FPGA电源设计 |
| 3.4.2 AD/DA电路 |
| 3.4.3 USB2.0模块调试 |
| 3.4.4 数字芯片控制逻辑设计与测试 |
| 3.5 硬件设计中的关键问题 |
| 3.5.1 无源器件选型 |
| 3.5.2 信号测试 |
| 3.5.3 电路板调试 |
| 3.5.4 PCB与Layout设计制作 |
| 3.5.5 探头理论分析与对测试测量影响 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 传感系统实验与性能测试 |
| 4.1 光纤振动传感系统的关键性能参数 |
| 4.2 扰动测试实验 |
| 4.2.1 单点扰动测试 |
| 4.2.2 多点扰动测试 |
| 4.3 长距离传感实验 |
| 4.3.1 DAC增益补偿光纤衰减实验 |
| 4.3.2 EDFA功率放大实验 |
| 4.4 系统关键性能指标测试 |
| 4.4.1 定位精度实验 |
| 4.4.2 性能指标测试结果 |
| 4.4.3 分布式光纤振动传感器性能参数对比 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文 |
| 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利 |
| 致谢 |
（6）基于拉曼及瑞利散射的分布式光纤温度应变传感系统（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 分布式光纤传感技术的国内外研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 课题研究背景及意义 |
| 1.4 论文章节结构 |
| 2 分布式光纤温度应变传感系统的理论基础 |
| 2.1 光时域反射(OTDR)技术 |
| 2.2 光的散射原理 |
| 2.2.1 拉曼散射 |
| 2.2.2 瑞利散射 |
| 2.2.3 布里渊散射 |
| 2.3 光纤拉曼散射测温原理 |
| 2.4 光纤瑞利散射测应变原理 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 分布式光纤温度及应变传感系统方案 |
| 3.1 系统结构 |
| 3.2 系统各器件选取及性能分析 |
| 3.2.1 脉冲激光器 |
| 3.2.2 光环形器 |
| 3.2.3 波分复用器 |
| 3.2.4 光电探测器 |
| 3.2.5 数据采集卡 |
| 3.2.6 传感光纤 |
| 3.2.7 温度及应变调制装置 |
| 3.3 数据采集源代码及软件界面 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 分布式光纤温度及应变测量的实现 |
| 4.1 数据信号的处理 |
| 4.1.1 累加平均算法 |
| 4.1.2 色散补偿平移算法 |
| 4.2 分布式光纤传感系统测量 |
| 4.2.1 温度标定 |
| 4.2.2 应变标定 |
| 4.2.3 温度及应变的实时监测 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 基于RBF径向基神经网络的信号处理方法 |
| 5.1 神经网络综述 |
| 5.2 RBF(径向基)神经网络 |
| 5.3 基于RBF神经网络信号处理的实现 |
| 5.3.1 RBF网络模型的建立 |
| 5.3.2 RBF网络模型测量结果及对比 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与期望 |
| 6.1 主要研究结论 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 进一步研究展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
（7）分布式光纤温度传感器的控制系统软件设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.1.1 光纤传感技术简介 |
| 1.1.2 分布式光纤传感器的研究现状与发展趋势 |
| 1.2 论文主要研究内容及安排 |
| 1.3 本章小结 |
| 第二章 分布式光纤传感系统的理论基础 |
| 2.1 光纤传感器的分类 |
| 2.1.1 基于瑞利散射的分布式光纤传感器 |
| 2.1.2 基于拉曼散射的分布式光纤传感器 |
| 2.1.3 基于布里渊散射的分布式光纤传感器 |
| 2.2 不同分布式光纤传感技术的比较 |
| 2.3 布里渊频移与温度和应力的关系 |
| 2.4 分布式光纤传感器的性能指标 |
| 2.4.1 传感距离 |
| 2.4.2 响应时间 |
| 2.4.3 空间分辨率 |
| 2.4.4 频率精度 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 分布式光纤传感系统架构设计与开发环境搭建 |
| 3.1 分布式光纤传感系统架构设计 |
| 3.1.1 系统硬件架构设计 |
| 3.1.2 系统软件功能分析 |
| 3.2 嵌入式系统移植 |
| 3.2.1 嵌入式Linux启动流程 |
| 3.2.2 交叉编译器的搭建 |
| 3.2.3 Bootloader编译 |
| 3.2.4 内核移植与烧录 |
| 3.3 Django Python开发环境搭建 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 分布式光纤传感系统的数据传输与通信协议 |
| 4.1 PL与PS的数据传输 |
| 4.1.1 AXI协议 |
| 4.1.2 DMA介绍 |
| 4.1.3 数据传输测试 |
| 4.2 双ARM数据通信 |
| 4.2.1 PS双核架构 |
| 4.2.2 PS双核通信系统设计 |
| 4.2.3 Linux系统中数据的读取 |
| 4.3 通信协议的设计 |
| 4.3.1 通信协议的帧结构 |
| 4.3.2 字符序列转义处理 |
| 4.3.3 循环冗余校验 |
| 4.3.4 协议帧解析流程 |
| 4.4 Webserver数据交互的方案设计 |
| 4.4.1 Linux进程间通信的方式 |
| 4.4.2 Linux进程间通信的方案设计 |
| 4.5 Webserver数据交互功能测试 |
| 4.5.1 Webserver传感数据测试 |
| 4.5.2 Webserver设置功能测试 |
| 4.5.3 Webserver查询功能测试 |
| 4.6 主控板与子板的数据传输方案设计 |
| 4.6.1 串行通信方案选择 |
| 4.6.2 I2C总线协议 |
| 4.6.3 I2C总线通信过程 |
| 4.6.4 Linux I2C驱动 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 一种基于紫外胶热光效应的经济高效的光纤传感测温系统 |
| 5.1 传感元件的提出 |
| 5.2 NOA61的性质 |
| 5.3 系统结构设计 |
| 5.4 实验结果分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文目录 |
（8）分布式光纤拉曼温度传感系统关键技术的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究课题背景及意义 |
| 1.2 系统的国内外研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 系统的应用领域 |
| 1.3.1 火灾检测 |
| 1.3.2 石油天然气生产 |
| 1.3.3 电力设备温度检测 |
| 1.4 本论文的主要研究工作 |
| 第二章 分布式光纤拉曼温度传感系统的理论基础 |
| 2.1 光纤散射理论 |
| 2.1.1 瑞利散射 |
| 2.1.2 布里渊散射 |
| 2.1.3 拉曼散射 |
| 2.2 光时域反射原理 |
| 2.3 系统的温度解调原理 |
| 2.3.1 基于Anti-Stokes光的单光路解调分析 |
| 2.3.2 基于Anti-Stokes光与瑞利光的双光路解调分析 |
| 2.3.3 基于Anti-Stokes光与Stokes光的双光路解调分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 系统的噪声分析和信号处理方法 |
| 3.1 系统的设计搭建 |
| 3.1.1 系统构成 |
| 3.1.2 系统模块的器件及其参数 |
| 3.2 系统的主要指标 |
| 3.3 系统的噪声 |
| 3.3.1 APD探测器的噪声 |
| 3.3.2 瑞利散射光的噪声 |
| 3.4 累加平均方法 |
| 3.5 快速独立成分分析方法 |
| 3.5.1 引入独立成分分析方法 |
| 3.5.2 详解独立成分分析方法 |
| 3.5.3 独立性 |
| 3.5.4 ICA估计原理 |
| 3.5.5 ICA的预处理 |
| 3.5.6 Fast-ICA算法 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 系统的搭建与实验 |
| 4.1 系统的搭建 |
| 4.1.1 激光器 |
| 4.1.2 光电探测器 |
| 4.1.3 数据采集卡 |
| 4.2 累加平均方法的实验结果 |
| 4.3 Fast-ICA方法的实验结果 |
| 4.3.1 软件实现Fast-ICA算法 |
| 4.4 累加平均算法与Fast-ICA算法的实验结果对比 |
| 4.5 累加平均算法与Fast-ICA算法的去噪效果分析 |
| 4.6 Fast-ICA方法的信噪比 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
（9）高性能拉曼散射分布式光纤温度传感系统关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景及意义 |
| 1.2 分布式光纤温度传感系统研究现状 |
| 1.3 本论文的研究背景及主要内容 |
| 1.3.1 本论文的研究背景 |
| 1.3.2 本论文的主要内容 |
| 第二章 分布式光纤温度传感系统原理 |
| 2.1 分布式光纤温度传感技术基本原理 |
| 2.1.1 基于瑞利散射的分布式光纤温度传感技术 |
| 2.1.2 基于布里渊散射的分布式光纤温度传感技术 |
| 2.1.3 基于拉曼散射的分布式光纤温度传感技术 |
| 2.1.4 分布式光纤温度传感系统比较及本文系统选型 |
| 2.2 拉曼散射温度传感解调方法 |
| 2.2.1 基于反斯托克斯光强度的单路解调方法 |
| 2.2.2 基于反斯托克斯光和瑞利散射光强度比值的双路解调方法 |
| 2.2.3 基于反斯托克斯光和斯托克斯光强度比值的双路解调方法 |
| 2.3 拉曼散射温度传感系统噪声特性 |
| 2.3.1 累加平均降噪 |
| 2.3.2 动态噪声基底差分降噪 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 分布式光纤温度传感系统硬件及软件设计 |
| 3.1 系统性能指标 |
| 3.1.1 温度分辨率 |
| 3.1.2 空间分辨率 |
| 3.1.3 温度测量精度 |
| 3.1.4 测量时间 |
| 3.2 系统组成及各器件选型 |
| 3.2.1 光发射与接收模块 |
| 3.2.2 光电探测模块 |
| 3.2.3 信号采集处理模块 |
| 3.2.4 传感系统方案设计 |
| 3.2.5 系统性能指标测试 |
| 3.3 软件结构设计 |
| 3.3.1 软件需求分析 |
| 3.3.2 软件总体架构 |
| 3.4 软件系统开发 |
| 3.4.1 软件功能实现 |
| 3.4.2 软件界面实现 |
| 3.4.3 数据库及远程监控 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 分布式光纤温度传感系统信号处理及模拟实验 |
| 4.1 标定方法设计 |
| 4.1.1 外置式光纤温度自标定装置 |
| 4.1.2 动态温度自标定方案 |
| 4.2 信号降噪优化 |
| 4.2.1 累加平均及动态噪声基底差分 |
| 4.2.2 衰减补偿处理 |
| 4.2.3 小波变换降噪 |
| 4.3 温度报警模拟实验 |
| 4.3.1 温度报警方式 |
| 4.3.2 模拟实验结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
| 参考文献 |
（10）基于双Sagnac结构分布式光纤扰动传感系统及其定位技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 光纤分布式扰动传感技术概述 |
| 1.3 基于瑞利散射的光纤分布式扰动传感技术 |
| 1.3.1 基于瑞利散射的光纤分布式扰动传感技术 |
| 1.3.2 基于布里渊散射的光纤分布式扰动传感技术 |
| 1.4 基于干涉型的光纤分布式扰动传感技术 |
| 1.4.1 马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)型 |
| 1.4.2 迈克尔逊(Michelson)型 |
| 1.4.3 萨格纳克(Sagnac)型 |
| 1.5 各种光纤扰动传感技术对比 |
| 1.6 本文的研究意义和主要工作 |
| 第2章 基于双Sagnac结构分布式光纤扰动传感器系统的理论研究 |
| 2.1 光纤扰动的传感原理 |
| 2.2 Sagnac干涉仪的相位检测原理 |
| 2.3 双Sagnac结构分布式光纤传感器系统的定位原理 |
| 2.3.1 相位信号中的扰动位置信息 |
| 2.3.2 双Sagnac结构的组成与定位原理 |
| 2.4 双Sagnac结构分布式传感系统的矩阵分析 |
| 2.4.1 理想条件下双Sagnac结构传感系统的矩阵模型 |
| 2.4.2 双Sagnac结构传感系统的抗偏振衰落特性分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于双Sagnac结构分布式光纤扰动传感器系统的信号处理技术研究 |
| 3.1 相位信号解调技术 |
| 3.1.1 相位产生载波法 |
| 3.1.2 基于3×3光纤耦合器的解调法 |
| 3.1.3 相位解调算法的仿真与验证 |
| 3.1.4 相位噪声的分析 |
| 3.2 扰动定位技术 |
| 3.2.1 基于传统时域的定位技术 |
| 3.2.2 基于模态分解的定位技术 |
| 3.2.3 基于“谱峰比”的定位技术 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 基于双Sagnac结构分布式光纤扰动传感器系统的性能测试与结果分析 |
| 4.1 传感器实验系统组成 |
| 4.2 传感器系统的定位实验研究 |
| 4.2.1 单点扰动的定位测试 |
| 4.2.2 多点扰动的定位测试 |
| 4.3 传感器系统的多参数测量实验研究 |
| 4.3.1 传感器系统对扰动频率测量的性能研究 |
| 4.3.2 传感器系统对扰动幅度测量的实验研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 导师评语 |
| 答辩决议书 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间的研究成果 |
四、分布式光纤温度传感器信号处理系统的研究与设计（论文参考文献）
- [1]基于OFDR的分布式光纤传感若干关键技术研究[D]. 龚锐. 北京邮电大学, 2021(01)
- [2]可用于冰情监测的分布式光纤拉曼测温系统设计及应用[D]. 王玎睿. 太原理工大学, 2021(01)
- [3]微型光纤干涉仪与分布式光纤传感技术的研究[D]. 李璇. 北京邮电大学, 2021(01)
- [4]基于分布式光纤场域数据的地下扰动源定位与识别研究[D]. 孟臻. 北京邮电大学, 2021
- [5]光纤振动传感器关键技术研究[D]. 沈志平. 南京邮电大学, 2020(03)
- [6]基于拉曼及瑞利散射的分布式光纤温度应变传感系统[D]. 张园. 北京交通大学, 2020(03)
- [7]分布式光纤温度传感器的控制系统软件设计[D]. 杨超. 北京邮电大学, 2020(05)
- [8]分布式光纤拉曼温度传感系统关键技术的研究[D]. 方星. 电子科技大学, 2020(01)
- [9]高性能拉曼散射分布式光纤温度传感系统关键技术研究[D]. 陈可楠. 南京大学, 2020(02)
- [10]基于双Sagnac结构分布式光纤扰动传感系统及其定位技术研究[D]. 滕飞. 深圳大学, 2020(11)