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基于布里渊增益谱二维图像小波阈值降噪的BOTDR测量精度提升研究
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作者 王杨涛 白清 +3 位作者 姚志玺 王璇 王宇 靳宝全 《光学技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期619-625,共7页
针对布里渊光时域反射仪(BOTDR)信号弱,噪声干扰造成的测量精度降低问题,提出基于布里渊增益谱二维图像小波阈值降噪方法实现BOTDR系统测量精度提升。分析了微波扫频法BOTDR测量原理及二维布里渊增益谱图像特征,设计了二维图像小波阈值... 针对布里渊光时域反射仪(BOTDR)信号弱,噪声干扰造成的测量精度降低问题,提出基于布里渊增益谱二维图像小波阈值降噪方法实现BOTDR系统测量精度提升。分析了微波扫频法BOTDR测量原理及二维布里渊增益谱图像特征,设计了二维图像小波阈值降噪算法流程,搭建了微波扫频法BOTDR实验装置进行降噪性能验证,基于降噪性能对比确定了二维小波基函数、分解层数、阈值规则及阈值函数最优参数匹配方案。实验结果证明,使用二维图像小波阈值降噪算法,在累加平均500次条件下,降噪前后10km传感光纤末端变温区布里渊频移波动范围由±4.61MHz降至±2.59MHz,均方根误差由2.24MHz降至0.99MHz;降噪前后50km传感光纤末端变温区布里渊频移波动范围由±41.25MHz降至±2.83MHz,均方根误差由33.59MHz降至1.69MHz。研究表明,使用该降噪方案可有效提升BOTDR测量精度。 展开更多
关键词 分布式光纤传感 BOTDR 布里渊增益谱 布里渊频移 二维图像小波阈值降噪
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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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布里渊增益谱特征参数提取准确性影响因素分析(英文)
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作者 赵丽娟 徐志钮 李永倩 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2019年第2期232-239,共8页
基于实测布里渊(Brillouin)增益谱确定了合适目标函数。数值产生了大量的布里渊增益谱,利用这些谱信号系统研究了信噪比、扫频间隔、扫频点数、扫频范围和谱特征参数g_0、v_B、Δ_(v_B)的取值对布里渊增益谱特征参数提取准确性的影响规... 基于实测布里渊(Brillouin)增益谱确定了合适目标函数。数值产生了大量的布里渊增益谱,利用这些谱信号系统研究了信噪比、扫频间隔、扫频点数、扫频范围和谱特征参数g_0、v_B、Δ_(v_B)的取值对布里渊增益谱特征参数提取准确性的影响规律。结果表明:特征参数提取误差随信噪比增加成指数规律下降,随扫频点数增加(或扫频间隔减少)而下降;v_B的提取误差随Δ_(v_B)的增加而线性增大,Δ_(v_B)的值对其他参数的提取准确性几乎无影响;扫频点数固定时扫频范围选择太大或太小时的误差均较大,实际应该选择2Δ_(v^B)左右。研究结果对基于布里渊散射的传感时相关参数选择具有参考价值。 展开更多
关键词 布里渊增益谱 参数提取 最小二乘法 温度和应变测量 准确性 影响因素
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基于LSTM的布里渊增益谱提取方法
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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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液芯光纤中基于多线抽运调制的带宽可控平顶布里渊增益谱
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作者 高玮 刘胜男 +3 位作者 毕雅凤 胡晓博 浦绍质 赵洪 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第19期233-239,共7页
提出在CS2/CCl4混合介质液芯光纤中利用多线抽运调制技术实现带宽可控平顶布里渊增益谱的方法,理论研究了抽运光谱线间距、谱线强度和芯液介质混合比对布里渊增益谱的影响,得到了带宽可控平顶增益谱的条件.结果表明,采用一个强度或相位... 提出在CS2/CCl4混合介质液芯光纤中利用多线抽运调制技术实现带宽可控平顶布里渊增益谱的方法,理论研究了抽运光谱线间距、谱线强度和芯液介质混合比对布里渊增益谱的影响,得到了带宽可控平顶增益谱的条件.结果表明,采用一个强度或相位调制器,基于单频和多频调制技术产生2—9条抽运光谱线,通过控制谱线间距和各谱线强度比,并改变CS2体积分数,获得了增益带宽在50 MHz—2 GHz范围内可控的平顶增益谱.该方法操作简便、带宽调控范围大,可用于高增益低畸变布里渊放大,满足微弱光信号探测和慢光系统的应用需求. 展开更多
关键词 受激布里渊散射 布里渊增益谱 多线抽运调制 液芯光纤
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光子晶体光纤的布里渊增益谱特性 被引量:5
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作者 潘宇航 路元刚 +2 位作者 彭楗钦 马海霞 王吉明 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期276-283,共8页
研究内全反射型光子晶体光纤(TIR-PCF)的结构参数对光纤布里渊增益、布里渊峰的个数以及相对峰值强度等布里渊增益谱(BGS)特性的影响。分析全反射型光子晶体光纤中的声光耦合效应,利用有限元分析方法,求解光纤中的光场和声场分布及其对... 研究内全反射型光子晶体光纤(TIR-PCF)的结构参数对光纤布里渊增益、布里渊峰的个数以及相对峰值强度等布里渊增益谱(BGS)特性的影响。分析全反射型光子晶体光纤中的声光耦合效应,利用有限元分析方法,求解光纤中的光场和声场分布及其对应的BGS,探究空气孔层数、孔间距和孔直径等PCF参数对BGS的影响,获得布里渊增益和声学模式个数随孔间距和孔直径变化的规律。提出一种空气孔直径由内到外逐渐变大的、具有类似渐变折射率分布的新型光子晶体光纤结构。设计峰值强度差为8 dB的双峰BGS的光子晶体光纤,可将其用于基于布里渊拍频谱(BBS)的光纤传感系统中,使传感系统的信噪比提升2.5倍。 展开更多
关键词 非线性光学 布里渊散射 光子晶体光纤 布里渊增益谱 光纤传感 有限元分析
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少模光纤的不同模式布里渊散射特性 被引量:7
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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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M型少模光纤中模间受激布里渊散射特性及其温度和应变传感特性 被引量:3
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作者 李雪健 曹敏 +6 位作者 汤敏 芈月安 陶洪 古皓 任文华 简伟 任国斌 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期116-124,共9页
少模光纤的受激布里渊散射对于分布式温度/应变传感具有重要应用价值.本文提出一种纤芯折射率呈M型分布的少模光纤,详细研究了光学模式LP01和LP11模式内及模式间的布里渊增益谱.研究结果表明:LP01-LP11模式对的布里渊增益谱中,其相邻两... 少模光纤的受激布里渊散射对于分布式温度/应变传感具有重要应用价值.本文提出一种纤芯折射率呈M型分布的少模光纤,详细研究了光学模式LP01和LP11模式内及模式间的布里渊增益谱.研究结果表明:LP01-LP11模式对的布里渊增益谱中,其相邻两个布里渊散射峰的频率间隔较宽、增益峰值较大且峰值相差较小.通过优化光纤结构参数,提高了基于LP01-LP11模式对布里渊增益谱的温度和应变传感性能,最小误差分别为0.23℃和5.67μe.该研究对探究少模光纤中模式内及模式间的受激布里渊散射特性具有一定的指导意义,对提升同时温度和应变传感测量的性能具有一定参考价值. 展开更多
关键词 M型少模光纤 受激布里渊散射 布里渊增益谱 传感 温度和应变
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基于超长环形激光器泵浦的94km布里渊分布式传感系统 被引量:3
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作者 袁程旭 王子南 +3 位作者 贾新鸿 黎进 闫晓东 崔安彬 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期1191-1195,共5页
首次将超长光纤环形激光器的光放大应用于布里渊光时域分析(BOTDA)传感系统,以延伸传感距离。通过对布里渊泵浦消耗、拉曼泵浦相对强度噪声(RIN)转移的抑制及拉曼泵浦功率分布的优化,基于对布里渊增益谱分析的原理在94km的传感距离上实... 首次将超长光纤环形激光器的光放大应用于布里渊光时域分析(BOTDA)传感系统,以延伸传感距离。通过对布里渊泵浦消耗、拉曼泵浦相对强度噪声(RIN)转移的抑制及拉曼泵浦功率分布的优化,基于对布里渊增益谱分析的原理在94km的传感距离上实现了3m空间分辨率,以及全程28με/1.4℃应变/温度精度。 展开更多
关键词 布里渊增益谱 光纤传感 超长光纤环形激光器 分布式放大
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基于SVM的布里渊光时域分析系统的温度精确提取
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作者 宋佳音 余磊 +2 位作者 田小芮 陈紫薇 朱宏娜 《通信技术》 2019年第4期917-921,共5页
布里渊光时域分析系统因其防雷防爆和分布式传感的优势近年来被广泛研究。采用支持向量机实现了布里渊光时域分析系统中温度信息的提取。在训练阶段利用理想的Voigt曲线作为布里渊增益谱对每个类别的温度值同时进行训练,获得支持向量机... 布里渊光时域分析系统因其防雷防爆和分布式传感的优势近年来被广泛研究。采用支持向量机实现了布里渊光时域分析系统中温度信息的提取。在训练阶段利用理想的Voigt曲线作为布里渊增益谱对每个类别的温度值同时进行训练,获得支持向量机模型,并研究不同条件下的布里渊增益谱。结果表明,相比于传统算法,在更大的信噪比、泵浦脉冲宽度、扫频步长范围内,采用支持向量机模型可提高温度提取的精度,同时有效缩减了算法运行时间。 展开更多
关键词 布里渊光时域分析 布里渊增益谱 支持向量机 温度提取
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基于压缩感知的BOTDA性能增强方法 被引量:3
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作者 尚秋峰 李雪丽 管帅 《半导体光电》 CAS 北大核心 2022年第4期672-676,共5页
为了提高布里渊光时域分析系统(BOTDA)在长距离监测应用中的实时性,提出了一种基于压缩感知的布里渊光时域系统实时性增强方法。该方法包含稀疏表示、随机采样和信号重构三个部分。首先采用K-均值奇异值分解算法获得布里渊增益谱的稀疏... 为了提高布里渊光时域分析系统(BOTDA)在长距离监测应用中的实时性,提出了一种基于压缩感知的布里渊光时域系统实时性增强方法。该方法包含稀疏表示、随机采样和信号重构三个部分。首先采用K-均值奇异值分解算法获得布里渊增益谱的稀疏表示,然后通过高斯随机采样和正交匹配追踪算法进行布里渊增益谱重构。为了验证所提方法的性能,仿真生成了不同信噪比水平的布里渊增益谱,搭建了45 km的布里渊光时域系统进行温度传感实验。仿真和实验结果表明:在累加平均次数为100时,所提算法将信噪比提升了6.37 dB,优于累加平均次数3000时的10.13 dB,对应测量时间减少了1/30;采用8 MHz步长数据重构布里渊增益谱,该方法的重构结果与4 MHz步长数据的相关系数为0.9992,对应扫频时间减少了一半。所提算法在保证测量精度的同时提升了测量实时性。 展开更多
关键词 光纤传感 布里渊光时域分析系统 布里渊增益谱 压缩感知 K-均值奇异值分解
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Influence of Refractive Index Distribution on Brillouin Gain Spectrum in GeO_(2)-Doped Optical Fibers 被引量:3
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作者 JI Zhengyuan LU Yuangang +3 位作者 PAN Yuhang PENG Jianqin ZHANG Zelin WANG Jiming 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 EI CSCD 2021年第5期769-787,共19页
GeO_(2) is commonly used as dopant to adjust the refractive index profile(RIP)and the acoustic velocity profile(AVP)in the fiber,thereby forming different Brillouin gain spectrum(BGS)characteristics such as Brillouin ... GeO_(2) is commonly used as dopant to adjust the refractive index profile(RIP)and the acoustic velocity profile(AVP)in the fiber,thereby forming different Brillouin gain spectrum(BGS)characteristics such as Brillouin gain,acoustic mode number and peak intensity difference.When an optical fiber is used in optical fiber sensing or communication system,its BGS characteristics may play an important role in determining the performance of the system.In this paper,finite element analysis(FEA)method is used to study the influence of refractive index distribution and its corresponding AVP on the BGS in step-index,graded-index,and complex-index optical fibers.A new method has also been proposed to efficiently discriminate acoustic mode solution and obtain the new and full images of total Brillouin gain and acoustic modes number of the fiber as a function of the refractive index distribution,considering the influence of changing the refractive index difference and the geometric size simultaneously.For each type of optical fiber,the recommended parameter range is provided for optical fiber sensing and optical fiber communication.Moreover,the suitable optical fiber with close peak intensity in its multi-peak BGS is explored and achieved,which can be used in Brillouin beat spectrum detection systems to improve sensing accuracy. 展开更多
关键词 Brillouin gain spectrum optical fiber acoustic mode refractive index finite element analysis(FEA)
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基于机器学习的布里渊光时域分析传感系统温度提取研究进展 被引量:2
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作者 李治龙 张卫华 +3 位作者 王一民 张煜峰 罗斌 朱宏娜 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2021年第13期314-322,共9页
布里渊光时域分析(BOTDA)在分布式光纤传感系统中展现出独特的优势并得到了广泛的关注,对BOTDA传感系统的温度分布信息进行快速且精确的提取至关重要。随着机器学习算法的快速发展,其在BOTDA传感系统的温度分布信息的提取中展现出巨大... 布里渊光时域分析(BOTDA)在分布式光纤传感系统中展现出独特的优势并得到了广泛的关注,对BOTDA传感系统的温度分布信息进行快速且精确的提取至关重要。随着机器学习算法的快速发展,其在BOTDA传感系统的温度分布信息的提取中展现出巨大潜力。首先,阐述了BOTDA传感系统温度测量的原理。接着,介绍了几种基于机器学习的算法并分析了其在BOTDA传感系统温度提取中的应用和优势。最后,对未来的研究进行了展望。 展开更多
关键词 光纤测量 机器学习 分布式光纤传感 布里渊光时域分析 布里渊增益谱
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少模光纤受激布里渊散射效应理论研究 被引量:2
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作者 王旭 秦祖军 +1 位作者 熊显名 张文涛 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2019年第16期231-237,共7页
基于波动光学理论和单模光纤受激布里渊散射(SBS)的数学模型,推导了少模阶跃折射率光纤中SBS时空演化耦合振幅方程。依据光波模式和声波模式模场空间分布,计算出不同模式对的声光耦合系数,进一步得到不同光波模式对组合的布里渊幅度增... 基于波动光学理论和单模光纤受激布里渊散射(SBS)的数学模型,推导了少模阶跃折射率光纤中SBS时空演化耦合振幅方程。依据光波模式和声波模式模场空间分布,计算出不同模式对的声光耦合系数,进一步得到不同光波模式对组合的布里渊幅度增益谱和相移谱。结果表明:参与SBS过程的声波主要为低阶声波模式;对于LP01模和LP11模,两者更倾向于模内的SBS过程,且模内耦合产生的幅度增益以及相移更大;布里渊频移随着光波模式阶数的增加而减小。 展开更多
关键词 散射 受激布里渊散射 少模光纤 布里渊增益谱 布里渊相移
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