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Brillouin scattering spectrum for liquid detection and applications in oceanography 被引量:5
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作者 Yuanqing Wang Jinghao Zhang +6 位作者 Yongchao Zheng Yangrui Xu Jiaqi Xu Jiao Jiao Yun Su Hai-Feng Lü Kun Liang 《Opto-Electronic Advances》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第1期39-48,共10页
The Brillouin scattering spectrum has been used to investigate the properties of a liquid medium.Here,we propose an improved method based on the double-edge technique to obtain the Brillouin spectrum of a liquid.We ca... The Brillouin scattering spectrum has been used to investigate the properties of a liquid medium.Here,we propose an improved method based on the double-edge technique to obtain the Brillouin spectrum of a liquid.We calculated the transmission ratios and deduced the Brillouin shift and linewidth to construct the Brillouin spectrum by extracting the Brillouin edge signal through filtered double-edge data.We built a detection system to test the performance of this method and measured the Brillouin spectrum for distilled water at different temperatures and compared it with the theoretical prediction.The observed difference between the experimental and theoretical values for Brillouin shift and linewidth is less than 4.3 MHz and 3.2 MHz,respectively.Moreover,based on the double-edge technique,the accuracy of the extracted temperatures and salinity is approximately 0.1°C and 0.5‰,respectively,indicating significant potential for application in water detection and oceanography. 展开更多
关键词 brillouin scattering spectrum double-edge technique TEMPERATURE SALINITY OCEANOGRAPHY
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Brillouin gain spectrum characterization in Ge-doped large-mode-area fibers
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作者 牛夏夏 杨依枫 +5 位作者 全昭 于春雷 周秦岭 沈辉 何兵 周军 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第12期418-423,共6页
The dependence of Brillouin gain spectrum(BGS)characteristics,including the Brillouin frequency shift(BFS)and the BGS bandwidth,on germanium concentration in large-mode-area Ge-doped passive fibers is investigated the... The dependence of Brillouin gain spectrum(BGS)characteristics,including the Brillouin frequency shift(BFS)and the BGS bandwidth,on germanium concentration in large-mode-area Ge-doped passive fibers is investigated theoretically and experimentally.The simulation results show that the BFS is inversely proportional to GeO_(2)concentration,and the BGS bandwidth initially increases with the augment of GeO_(2)concentration,and then decreases.The BGSs of four fibers with core diameters of 10μm and 20μm for different GeO_(2)concentrations are compared experimentally.Experimental results demonstrate that with the same core diameter,the variations of BFS and BGS bandwidths with GeO_(2)concentration accord with the simulation results.Additionally,the BGS characteristics of three large-mode-area passive fibers with diameters of 10μm,25μm,and 30μm are measured,which confirm that the increasing of the fiber diameters will cause the BGS bandwidth to broaden.We believe that these results can provide valuable references for modulating the high-power narrowlinewidth fiber lasers and Brillouin fiber amplifiers. 展开更多
关键词 stimulated brillouin scattering brillouin gain spectrum large-mode-area fibers fiber laser
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Spectrum evolutions of spontaneous and pump-depleted stimulated Brillouin scatterings in liquid media
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作者 高玮 吕志伟 +2 位作者 何伟明 哈斯乌力吉 张赞 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2008年第10期3765-3770,共6页
A theoretical model for calculating spontaneous and stimulated Brillouin scattering(SBS) spectra is described. An empirical formula for the Stokes output spectral linewidth, a function of spontaneous Brillouin linew... A theoretical model for calculating spontaneous and stimulated Brillouin scattering(SBS) spectra is described. An empirical formula for the Stokes output spectral linewidth, a function of spontaneous Brillouin linewidth and the exponential gain coefficient, is obtained by the calculated data fitting. The formula holds true for two cases involving pump undepletion and depletion. The lineshape change from spontaneous to highly pump-depleted SBS spectra is also investigated. The result shows that for the pump power below the SBS threshold, the Stokes output spectral lincshape evolves from Lorentzian to approximately Gaussian as the pump power increases. For the pump power near or beyond the threshold, the SBS spectrum is in the form of a steady Gaussian profile, and the spectral linewidth comes to a certain value about 7 times narrower than the spontaneous one. The theoretical results are experimentally demonstrated by using several common liquid media. 展开更多
关键词 brillouin scattering spectrum evolution LINEWIDTH LINESHAPE
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Brillouin scattering spectrum character extraction based on genetic algorithm and seeker optimization algorithm
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作者 张燕君 Jin Peijun +3 位作者 Fu Xinghu Hou Jiaoru Zhang Fangcao Xu Jinrui 《High Technology Letters》 EI CAS 2019年第4期401-407,共7页
A new hybrid optimization method based on genetic algorithm(GA)and seeker optimization algorithm(SOA)is presented in this paper.The hybrid algorithm optimizes SOA by using crossover and mutation operations in GA in or... A new hybrid optimization method based on genetic algorithm(GA)and seeker optimization algorithm(SOA)is presented in this paper.The hybrid algorithm optimizes SOA by using crossover and mutation operations in GA in order to improve the global search ability of SOA.Four algorithms,i.e.particle swarm optimization(PSO),SOA,GA and quantum-behaved particle swarm optimization(GA-QPSO)and GA-SOA are used to process the simulation and experimental data of Brillouin scattering spectrum(BSS)at different temperatures.The results show that GA-SOA improves the accuracy of extracting the center frequency shift and the minimum center frequency of Brillouin scattering spectrum compared with other three algorithms.The shift error is 0.203 MHz.Therefore,GA-SOA can be applied to the accurate extraction of BSS characteristics. 展开更多
关键词 brillouin scattering spectrum(BSS) SEEKER OPTIMIZATION algorithm(SOA) genetic algorithm(GA) particle SWARM optimization(PSO) brillouin frequency shift(BFS)
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基于WRF模式高光谱分辨率测温激光雷达系统分析
5
作者 赵延鹏 卜令兵 +3 位作者 孙博爱 王元庆 林雪飞 梁琨 《激光技术》 CSCD 北大核心 2024年第1期40-47,共8页
为了解析大气瑞利-布里渊散射光谱并获取0 km~16 km的大气垂直温度廓线,采用基于菲索干涉仪结合光电倍增管阵列的高光谱分辨率测温激光雷达(HSRL)对不同季节环境下的温度反演能力及系统误差进行了理论分析,得到了利用大气瑞利-布里渊散... 为了解析大气瑞利-布里渊散射光谱并获取0 km~16 km的大气垂直温度廓线,采用基于菲索干涉仪结合光电倍增管阵列的高光谱分辨率测温激光雷达(HSRL)对不同季节环境下的温度反演能力及系统误差进行了理论分析,得到了利用大气瑞利-布里渊散射光谱在结合Tenti S6模型进行拟合的情况下,不同的大气模型对温度廓线拟合的影响结果。结果表明,使用US76大气模型结合Tenti S6模型,经10000次脉冲积分后,在0 km~16 km范围内的最大随机误差为1.1 K;使用天气预报模式(WRF)提供的温压场代替US76模型的温压场进行模拟,随机误差随季节略有不同,春季不超过0.65 K,夏季不超过0.98 K,秋季不超过0.59 K,冬季不超过0.63 K;使用WRF模式进行HSRL系统探测能力评估结果优于使用US76的评估结果,若精选不同天气类型,该方法还可以拓展到评估不同季节下HSRL的随机误差,体现了将WRF模式用于HSRL评估的优势。该研究为HSRL测温系统在不同季节下的工作能力评估提供了参考。 展开更多
关键词 大气光学 高光谱分辨率激光雷达 瑞利-布里渊光谱 大气模型
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一种基于多准则决策和PSO-LM混合优化算法的多峰Brillouin散射谱的特征提取方法 被引量:3
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作者 张燕君 贾伟 +2 位作者 付兴虎 李达 宇春娟 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期2183-2188,共6页
采用传统方法对多峰Brillouin散射谱进行拟合的过程中,通常是以谱线最大功率点为基准的,却忽略了其他比该点小但却是极值的功率点。这样获得的拟合曲线通常只有一个峰值,相当于把除最高峰之外还有多个小峰的多峰Brillouin散射谱进行了简... 采用传统方法对多峰Brillouin散射谱进行拟合的过程中,通常是以谱线最大功率点为基准的,却忽略了其他比该点小但却是极值的功率点。这样获得的拟合曲线通常只有一个峰值,相当于把除最高峰之外还有多个小峰的多峰Brillouin散射谱进行了简化,导致大量有用信息的丢失。为了提高Brillouin散射谱的特征提取精度,提出了一种基于MCDM和PSO-LM混合优化算法的多峰Brillouin散射谱特征提取方法(MCDM-PSO-LM)。MCDM可以识别和准确定位多峰Brillouin散射谱的各个波峰和波谷;PSO-LM混合优化算法可以实现分别对各个波峰和波谷的曲线进行拟合并找到每一个波峰的中心频率,该算法既克服了PSO算法过早收敛于局部极值和LM算法依赖初值的问题,又可以将PSO算法的全局搜索能力和LM算法的局部收敛能力结合在一起。较传统算法而言,MCDM--PSO—LM算法保证了对最优值求解的速度和精度,提高了运算能力,使解析解最大限度地接近最优值。分别在不同信噪比和不同线宽条件下进行仿真验证,频移和温度误差分析结果表明,MCDM--PSO—LM方法可以对多峰Brillouin散射谱的各个波峰与波谷进行准确定位,可用于多峰Brillouin散射谱的特征提取,识别效果明显强于传统算法,提高了信息分析的准确性。 展开更多
关键词 多峰brillouin散射谱 多准则决策 PSO-LM混合优化算法 特征提取
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基于Lorentzian模型与伪Voigt模型的谱拟合算法的准确性比较
7
作者 莫巧灵 《光通信技术》 北大核心 2024年第1期46-50,共5页
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... 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。 展开更多
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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一种近红外光纤布里渊光谱仪分辨率增强方法
8
作者 杜特 张洋 +3 位作者 刘晨光 刘帝佑 刘加庆 刘志明 《红外》 CAS 2024年第5期47-56,共10页
对于研制的基于光纤受激布里渊效应的精密光谱分析仪,受激布里渊增益谱宽的存在限制了可用的最佳光谱分辨率,并造成受激布里渊增益系数与功率存在关联性。这些都会影响近红外光纤布里渊光谱仪的性能。针对上述问题,提出了一种光谱分辨... 对于研制的基于光纤受激布里渊效应的精密光谱分析仪,受激布里渊增益谱宽的存在限制了可用的最佳光谱分辨率,并造成受激布里渊增益系数与功率存在关联性。这些都会影响近红外光纤布里渊光谱仪的性能。针对上述问题,提出了一种光谱分辨率增强方法。采用两级受激布里渊过程级联,并结合待测光和泵浦光的功率调控,使得受激布里渊过程处于小信号、线性高增益区。结果表明,该方法能够实现约1.4倍的光谱分辨率增强效果,突破了原理理论限制,提升了近红外光纤布里渊光谱仪的性能。 展开更多
关键词 近红外光纤布里渊光谱仪 光谱分辨率增强 光纤受激布里渊效应
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High-gain and low-distortion Brillouin amplification based on pump multi-frequency intensity modulation
9
作者 盛立文 巴德欣 吕志伟 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第2期277-282,共6页
Using a pump with a multi-line spectrum to broaden the Brillouin gain bandwidth is an effective way to achieve lowdistortion amplification with high gain. Here, we theoretically and experimentally investigate the gene... Using a pump with a multi-line spectrum to broaden the Brillouin gain bandwidth is an effective way to achieve lowdistortion amplification with high gain. Here, we theoretically and experimentally investigate the generation of a broadband Brillouin gain spectrum based on multi-frequency intensity modulation in an optical fiber. The arbitrary bandwidth of the Brillouin gain spectrum of stimulated Brillouin scattering(SBS) can be obtained as expected. In our experiment, a broadband Brillouin gain spectrum with a bandwidth of about 200 MHz is demonstrated. We also achieve a low-distortion amplification of a weak signal, whose maximum magnification is 65 d B for a-68-dBm input power signal. 展开更多
关键词 brillouin gain spectrum bandwidth intensity modulation LOW DISTORTION AMPLIFICATION
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多模光纤的布里渊散射谱特性研究及优化整形
10
作者 李永倩 范海军 +3 位作者 张立欣 王磊 武佳琪 赵旭 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期3559-3564,共6页
多模光纤中存在的多个自由度为大容量通信和多参量传感提供了可能,然而多模光纤中存在的高阶模不仅不稳定、易耦合和易辐射损耗,而且导致了布里渊增益谱畸变、谱宽展宽和布里渊增益峰值降低,严重劣化了系统的测量精度与传感可靠度。因此... 多模光纤中存在的多个自由度为大容量通信和多参量传感提供了可能,然而多模光纤中存在的高阶模不仅不稳定、易耦合和易辐射损耗,而且导致了布里渊增益谱畸变、谱宽展宽和布里渊增益峰值降低,严重劣化了系统的测量精度与传感可靠度。因此,研究多模光纤布里渊增益谱的特性和整形优化尤为重要。首先对多模光纤的布里渊频移和布里渊增益谱特性进行了理论研究,并与少模光纤、单模光纤进行对比。结果表明:多模光纤的布里渊频移与模式折射率及布里渊散射角有关,当布里渊散射角不变时,布里渊频移与模式群编号呈负相关;当模式群编号不变时,布里渊频移与布里渊散射角呈正相关。相比单模光纤,少模光纤与多模光纤由于受到高阶模的影响,布里渊增益峰值和布里渊频移较低,布里渊增益谱较宽。多模光纤中的高阶模最多,对应的布里渊增益峰值和布里渊频移最低,布里渊增益谱最宽。此外,分析并设计了两种基于单模光纤的多模光纤布里渊增益谱整形优化方法。搭建移频本地外差布里渊光时域反射系统,通过测量比较两种整形优化系统的布里渊增益谱宽及抗弯曲性能,以评估整形优化程度。实验结果表明:提出的两种整形优化方法不同程度地减小了多模光纤的布里渊增益谱宽,获取的布里渊增益谱有着良好的Lorenz拟合度,分别为0.97447和0.98789。利用单模环形器结合单模光纤对准熔接多模光纤的方法有更好的整形优化效果和抗弯曲性能,最小弯曲半径和布里渊增益谱宽分别为2.25 mm和53.12 MHz。 展开更多
关键词 布里渊散射谱 多模光纤 谱整形 谱宽 抗弯曲性能
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基于LSTM的布里渊增益谱提取方法
11
作者 尚秋峰 李雪丽 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期106-115,共10页
针对布里渊光时域传感器在进行长距离监测时存在的实时性较差的问题,提出了一种基于长短期记忆网络的布里渊增益谱温度提取方法。采用洛伦兹函数仿真生成用于长短期记忆网络训练的数据集,建立长短期记忆网络与温度的映射关系。搭建了40... 针对布里渊光时域传感器在进行长距离监测时存在的实时性较差的问题,提出了一种基于长短期记忆网络的布里渊增益谱温度提取方法。采用洛伦兹函数仿真生成用于长短期记忆网络训练的数据集,建立长短期记忆网络与温度的映射关系。搭建了40 km的布里渊光时域实验系统,通过谱线相减法对实验数据中存在的畸变现象进行校正,采用长短期记忆网络对校正数据进行了温度信息提取。将本文提出的长短期记忆网络方法与经典的极限学习机方法进行了对比。仿真和实验结果表明,所提算法的最小均方根误差可达0.11℃;即使在扫频步长较大的情况下,该方法仍具有较好的测量精度,有利于提高布里渊光时域温度传感系统的实时性。 展开更多
关键词 光纤传感 布里渊光时域分析 布里渊增益谱 长短期记忆网络 温度提取
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基于斜坡法的智能化架空线路应变快速感知
12
作者 陈丽光 廖子熙 +3 位作者 曾夏叶 王曦彤 黄青平 赵丽娟 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期127-134,共8页
为了提高输电线路状态感知实时性,将单斜坡法和基于伪Voigt模型的最小二乘谱拟合法用于架空线路复合光纤应变的测量,基于实测布里渊谱系统,研究了工作点增益的信噪比和布里渊频移对单斜坡法准确性的影响。结果表明,随着工作点增益信噪... 为了提高输电线路状态感知实时性,将单斜坡法和基于伪Voigt模型的最小二乘谱拟合法用于架空线路复合光纤应变的测量,基于实测布里渊谱系统,研究了工作点增益的信噪比和布里渊频移对单斜坡法准确性的影响。结果表明,随着工作点增益信噪比增加,布里渊频移误差近似成指数规律减小;随着布里渊频移与工作点频率之差的增加,布里渊频移误差先快速下降,然后略有增加;当工作点处布里渊增益的信噪比不小于25 dB且工作点频率始终小于(或大于)布里渊频移时,单斜坡法应变误差小于60με;根据不同布里渊频移下60με对应的临界信噪比,可插值获得不同情况下对应的临界信噪比;单斜坡法的谱测量时间和计算时间分别为谱拟合法的1/161和1/600左右。该工作为提高智能化光纤复合架空线路态势感知实时性奠定了基础。 展开更多
关键词 传感器技术 智能化光纤复合架空线路 布里渊谱 斜坡法 应变 快速感知
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光纤受激布里渊散射的光信号特性分析 被引量:26
13
作者 张聪 余文峰 +1 位作者 夏珉 杨春华 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2016年第3期363-366,共4页
为了研究抽运光的脉冲宽度对布里渊散射光的影响,对光纤传感系统中基于受激布里渊散射的三波耦合方程进行了分析,采用频域分析和一种微扰近似理论推导了散射光的近似表达式,然后通过数值计算分析了散射光随着脉冲宽度的变化规律。结果表... 为了研究抽运光的脉冲宽度对布里渊散射光的影响,对光纤传感系统中基于受激布里渊散射的三波耦合方程进行了分析,采用频域分析和一种微扰近似理论推导了散射光的近似表达式,然后通过数值计算分析了散射光随着脉冲宽度的变化规律。结果表明,在宽度接近于20ns(声子寿命)的脉冲下,散射谱出现多波峰结构;当宽度越来越接近于40ns时,主波峰逐渐增大,次波峰逐渐减小;当采用的脉冲宽度远远大于声子寿命时,散射谱只出现一个波峰并且维持一个波峰不变。此研究为传感中选取合适的脉冲宽度提供了参考。 展开更多
关键词 非线性光学 受激布里渊散射 三波耦合方程 布里渊频谱 多峰结构
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多模光纤布里渊散射谱及阈值理论计算 被引量:6
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作者 赵丽娟 李永倩 徐志钮 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2015年第B12期93-98,共6页
从受激布里渊散射耦合波导方程出发建立了多模光纤布里渊频移、泵浦波、斯托克斯波和声波场理论模型,分析对比了多模光纤与单模光纤布里渊散射谱的频移、增益、线宽和受激布里渊散射阈值,并进一步分析了光纤长度、衰减系数、数值孔径对... 从受激布里渊散射耦合波导方程出发建立了多模光纤布里渊频移、泵浦波、斯托克斯波和声波场理论模型,分析对比了多模光纤与单模光纤布里渊散射谱的频移、增益、线宽和受激布里渊散射阈值,并进一步分析了光纤长度、衰减系数、数值孔径对多模光纤受激布里渊散射阈值的影响。结果表明,多模光纤多个模式布里渊散射谱叠加造成其总的布里渊散射谱展宽,不再满足洛伦兹分布,其线宽增加至原来数倍、峰值增益和频移降低;渐变折射率多模光纤SBS阈值一般在80 m W以上,远大于单模光纤;纤芯直径相同时,相比于阶跃折射率多模光纤,数值孔径对渐变折射率多模光纤SBS阈值的影响较大,后者更易发生受激布里渊散射效应。理论计算与已报道测量结果的比较验证了理论分析的正确性。文中研究为建立基于多模光纤的布里渊散射分布式传感系统奠定了理论基础。 展开更多
关键词 多模光纤 布里渊散射谱 受激布里渊散射阈值 数值孔径
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基于BOTDA技术的分布式光纤温度传感试验系统 被引量:10
15
作者 黄军芬 黄民双 +2 位作者 冯音琦 薛龙 孙亚玲 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2011年第2期6-8,共3页
建立了基于BOTDA(布里渊光时域分析技术)的分布式传感实验系统,该系统由150 mW窄带激光器、50 mW窄带激光器、声光调制器、脉冲发生器、环形器、频率计数器、光电探测器及相应光学器件组成。进行了温度传感试验,获得传感光纤处于25℃、3... 建立了基于BOTDA(布里渊光时域分析技术)的分布式传感实验系统,该系统由150 mW窄带激光器、50 mW窄带激光器、声光调制器、脉冲发生器、环形器、频率计数器、光电探测器及相应光学器件组成。进行了温度传感试验,获得传感光纤处于25℃、35℃、45℃及55℃时的布里渊频移谱,通过对不同温度下频移谱峰值进行拟合得出该系统的温度系数。进行了分布式光纤温度传感试验,将传感光纤分成3段,中间段置于温控箱中,调节温控箱的温度,使中间段温度不同于其他两段,扫描泵浦激光频率,使得处于室温下的传感光纤中发生受激布里渊散射,利用示波器获取了当光脉冲为2μs时系统输出电压信号波形。 展开更多
关键词 分布式光纤传感 洛仑兹函数拟合 布里渊频谱 温度分辨率
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布里渊散射谱参数提取问题的混合优化算法研究与应用 被引量:5
16
作者 张燕君 张书国 +3 位作者 付广伟 李达 刘银 毕卫红 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期915-920,共6页
提出了一种将Particle Swarm Optimization(PSO)算法和Levenberg-Marquardt(LM)算法按概率混合优化的新算法,将其用于Pseudo-Voigt型布里渊散射谱以提高其拟合度和频移提取精度。新算法以PSO算法为主框架,首先用PSO算法进行全局搜索,在... 提出了一种将Particle Swarm Optimization(PSO)算法和Levenberg-Marquardt(LM)算法按概率混合优化的新算法,将其用于Pseudo-Voigt型布里渊散射谱以提高其拟合度和频移提取精度。新算法以PSO算法为主框架,首先用PSO算法进行全局搜索,在优化一定次数后每次优化随机产生一个概率rand(0,1),若rand(0,1)小于或等于事先设定的概率P,则把PSO算法得到的最优解作为LM算法的初值进行局部深度搜索,将LM算法得到的最优解替换先前PSO算法的最优解,继续使用PSO算法进行全局搜索;若rand(0,1)大于P则仍然用PSO算法搜索,等待下一次优化产生随机概率rand(0,1)进行判断,交替使用两种算法直至获得理想的全局最优解。仿真分析和实验表明,新算法克服了单一算法的缺点,提高了布里渊散射谱的拟合度和频移提取的精度,充分证明了新算法的实用性和可行性。 展开更多
关键词 布里渊散射谱 PSO算法 LEVENBERG-MARQUARDT算法 分布式光纤传感
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基于TTDF和CNS算法的多路BOTDR散射谱信息高精度分析研究 被引量:10
17
作者 张燕君 刘文哲 +1 位作者 付兴虎 毕卫红 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期1802-1807,共6页
传统的BOTDR光纤传感系统采用单路传感光纤实现对信息特征的测量,交叉敏感等不可控因素会使散射谱拟合精度较低,信息分析偏差较大。设计了一种同时对多路传感信息进行检测的BOTDR系统。针对基于布里渊光时域反射(BOTDR)的多路传感散射... 传统的BOTDR光纤传感系统采用单路传感光纤实现对信息特征的测量,交叉敏感等不可控因素会使散射谱拟合精度较低,信息分析偏差较大。设计了一种同时对多路传感信息进行检测的BOTDR系统。针对基于布里渊光时域反射(BOTDR)的多路传感散射谱高精度特征提取的要求,提出了一种三次数据融合(TTDF)与布谷鸟牛顿搜索(CNS)相结合的散射谱信息分析方法。该方法利用TTDF对信息数据的融合能力,根据狄克逊准则和格拉布斯准则,剔除了异常值的影响,减小了传感信号的误差;采用布谷鸟牛顿搜索算法进行频谱拟合,不仅通过布谷鸟的智能搜索能力得到全局最优解,而且以该最优解作为牛顿算法的初值进行局部寻优,保证了频谱拟合的精度,提高了布里渊散射谱信息分析的准确度。在温度信息散射谱线性权重比为1∶9的情况下,分析了不同线宽散射谱信息的提取。采用该方法进行多路数据融合的方差约为0.003 0,散射谱的中心频率约为11.213GHz,温度误差小于0.15K。理论分析和仿真结果表明,将此方法用于基于布里渊光时域反射的多路分布式光纤传感系统,可有效提高多路传感信号的准确度和布里渊散射谱信息分析的精确度。 展开更多
关键词 分布式光纤传感 布里渊散射谱 三次数据融合 布谷鸟牛顿智能算法
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少模光纤的不同模式布里渊散射特性 被引量:7
18
作者 张燕君 高浩雷 +1 位作者 付兴虎 田永胜 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期176-182,共7页
少模光纤可以传输有限的正交模式,具有模间干涉小、模式易于控制等优点.基于少模光纤的布里渊散射传感器能够有效地减小多参量测量过程中的交叉敏感,实现多物理量的测量.本文基于波动光学理论对阶跃型少模光纤各个模式布里渊散射谱的频... 少模光纤可以传输有限的正交模式,具有模间干涉小、模式易于控制等优点.基于少模光纤的布里渊散射传感器能够有效地减小多参量测量过程中的交叉敏感,实现多物理量的测量.本文基于波动光学理论对阶跃型少模光纤各个模式布里渊散射谱的频移、线宽、峰值增益等参数进行了分析.首先对少模光纤进行了模式分析,其次分析了少模光纤不同模式的频移、线宽、增益的数学模型,以及不同模式叠加的布里渊散射谱频移、线宽、增益.结果表明:少模光纤各模式布里渊散射谱的频移在10.19—10.23 GHz范围内,且随模式阶数的减小而增加;各模式布里渊散射谱的线宽在32—34 MHz,且随模式阶数的减小而增加;各模式布里渊散射增益谱相对幅度因为模式阶数的减小而增大.少模光纤中各个模式布里渊增益谱和多模式联运布里渊增益谱均符合洛伦兹曲线分布,多模式联运导致布里渊增益谱线宽展宽,且多模式联运布里渊增益谱相对振幅一般小于单个模式的布里渊相对振幅. 展开更多
关键词 少模光纤 布里渊散射 波动光学 布里渊增益谱
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一种利用布里渊增益谱边带解调提高布里渊光时域反射系统测温精度的方法 被引量:6
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作者 刘瑞霞 张明江 +4 位作者 张建忠 刘毅 靳宝全 白清 李哲哲 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第24期66-77,共12页
测温精度是衡量分布式光纤温度传感系统的一项重要性能指标.本文提出一种通过解调布里渊增益谱边带,以提高布里渊光时域反射仪测温精度的方法.在此基础上,进一步分析并验证了探测光脉冲峰值功率对测温精度的影响.理论分析表明,利用声光... 测温精度是衡量分布式光纤温度传感系统的一项重要性能指标.本文提出一种通过解调布里渊增益谱边带,以提高布里渊光时域反射仪测温精度的方法.在此基础上,进一步分析并验证了探测光脉冲峰值功率对测温精度的影响.理论分析表明,利用声光调制器的频移特性可产生布里渊增益谱边带,相比于中心峰解调方法,采用布里渊增益谱边带解调法可获得更高的系统信噪比,进而提高系统测温精度.实验结果表明,在相同测量条件下,布里渊增益谱左边带峰值功率较其中心峰峰值功率高3.27 dB,且其-1 dB谱宽比中心峰窄14.5 MHz.对布里渊增益谱左边带进行频率扫描,由于相干探测时参考光的作用以及消除了相干瑞利噪声的影响,系统信噪比提高了4.35 dB,并在10.2 km的传感距离上实现了±0.5?C的测温精度. 展开更多
关键词 布里渊光时域反射 布里渊增益谱边带 峰值功率 测温精度
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基于自适应变异果蝇优化算法和广义回归神经网络的布里渊散射谱特征提取 被引量:9
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作者 张燕君 刘文哲 +1 位作者 付兴虎 毕卫红 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期2916-2923,共8页
针对布里渊光时域反射光纤传感系统散射谱的高精度特征提取的要求,提出了一种基于自适应变异果蝇优化算法和广义回归神经网络的布里渊散射谱特征提取算法。不仅利用了广义回归神经网络在逼近能力、学习速度、模型的泛化等方面具有的优势... 针对布里渊光时域反射光纤传感系统散射谱的高精度特征提取的要求,提出了一种基于自适应变异果蝇优化算法和广义回归神经网络的布里渊散射谱特征提取算法。不仅利用了广义回归神经网络在逼近能力、学习速度、模型的泛化等方面具有的优势,而且采用搜索能力较强的自适应变异果蝇优化算法进一步增强了神经网络的学习能力,从而提高了布里渊散射谱的拟合度和频移提取的准确度。在布里渊散射谱中心频率为11.213GHz,线宽为40~50,30~60和20~70 MHz的散射谱白噪声实验模型中,将新算法分别与基于有限元分析的Levenberg-Marquardt拟合法、粒子群优化和拉凡格式混合拟合法、最小二乘法进行预测比较,新算法获得的最大拟合频移误差为0.4MHz,平均拟合度为0.991 2,均方根误差为0.024 1。仿真结果表明所提出的算法拟合度较好,绝对误差小。因此,将此算法用于基于布里渊光时域反射的分布式光纤传感系统,可有效提高布里渊散射谱的拟合度和频移提取的准确度。 展开更多
关键词 分布式光纤传感 布里渊散射谱 自适应变异果蝇算法 广义回归神经网络
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