布里渊光纤传感系统中的信号处理的研究2012年5月

TP247崔琳

毕卫红2012年5月

光学工程

TheResearchingonSignalProcessingMethodsofBrillouinDistributedSensingSystem燕山大学硕士学位论文原创性声明

本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《布里渊光纤传感系统中的信号处

理的研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作

所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对

本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明

的法律结果将完全由本人承担。

作者签字：日期：年月日

燕山大学硕士学位论文使用授权书

《布里渊光纤传感系统中的信号处理的研究》系本人在燕山大学攻读硕士学位

期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论

文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用

学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许

论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存

论文，可以公布论文的全部或部分内容。

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本学位论文属于

不保密。

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作者签名：日期：年月日

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分布式光纤传感技术可以测量获得沿光纤轴向上时空的连续分布信息，实现对

被测场的全方位连续监测，成为当前研究热点。基于布里渊散射的分布式光纤传感

器因具有可实现长距离的温度和应力传感优点，而具有十分广阔的发展前景。本文

主要研究了基于布里渊散射的分布式光纤传感系统中的信号采集与数据处理的方

法。论文的主要内容为：

首先，介绍了光纤布里渊散射的特点、光时域反射的原理和布里渊光纤传感系

统的工作机理，从理论上研究了布里渊频移、光强与温度和应力的关系，并推导了

频移、光强与温度和应力之间的关系式。

其次，针对布里渊散射信号的特点，提出了基于数字平均累加方法和小波变换

相结合的对布里渊散射信号的处理方法，利用数字平均累加的方法达到在噪声背景

下提取微弱信号的目的，详细介绍数字平均累加的抑制噪声的原理，通过数字累加

提高了信噪比。

再次，深入研究了布里渊散射信号的解调方法，建立了解调的模型。利用Morlet

小波变换对数字平均累加后的信号进行包络检波，提取沿光纤轴向各点不同频率下

的功率信息后，将各点不同频率下的功率利用MATLAB进行函数拟合，找到功率最

大值对应的频率值，确定布里渊频移，解调温度和应力的传感信息。在本文中给出

了MATLAB仿真结果，包括数字平均累加去噪，Morlet小波变换的包络检波和基于

洛伦兹函数模型的布里渊散射谱的拟合。

最后，介绍了信号采集数据处理和实验部分。介绍传感系统的构成，信号采集

处理系统的软硬件构成及工作流程；数据采集卡的选择，性能测试，系统抗干扰分

析等，给出整个实验系统的信号测试结果和实验结果。

布里渊散射;;光纤传感;;数字平均累加;;Morlet小波变换;;函数拟合Thedistributedopticalfibersensingtechnologycansimultaneouslymeasurethetime

andspacedomainalongthefiberforthedistributionofinformationtoachieveafullrange

ofcontinuousmonitoringofthemeasured