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相位解调F-SBS系统的空间分辨率分析与恢复

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针对基于相位解调的前向受激布里渊散射(F-SBS)传感系统的空间分辨率进行了理论分析,并通过数值仿真验证了原始数据信噪比不足会导致系统空间分辨率明显恶化.为克服信噪比不足的影响,提出利用注意力引导的卷积去噪神经网络(ADNet)算法进行数据后处理运算,使读取脉冲零阶边带的信噪比由47.05 dB提高到了64.23 dB,系统的空间分辨率由15 m恢复到理论值3 m.此方法在不增加系统测量装置复杂度的前提下有效改善了空间分辨率,有助于促进相位解调F-SBS传感器的实用化.
Spatial Resolution Analysis and Restoration in F-SBS System Based on Phase Demodulation
This study discusses the spatial resolution of a forward stimulated Brillouin scattering(F-SBS)sensing system based on phase demodulation.A theoretical analysis of this resolution is conducted,and numerical simulations confirm that inadequate signal-to-noise ratios in the original data lead to a noticeable degradation of the system's spatial resolution.To mitigate the impact of an insufficient signal-to-noise ratio,this study proposes the utilization of an attention-guided denoising convolutional neural network algorithm for data post-processing.The signal-to-noise ratio of the zero-order sideband of the reading pulse increases from 47.05 dB to 64.23 dB when this algorithm is applied.As a result,the system's spatial resolution is restored from 15 m to its theoretical value of 3 m.This approach effectively enhances the spatial resolution without introducing additional complexity to the measurement apparatus,thereby contributing to the practical implementation of phase-demodulated F-SBS sensors.

fiber opticsdistributed fiber sensingforward stimulated Brillouin scatteringsubstance identificationneural network

帅文兰、张建忠、马喆、刘铭、孙博文、金柯志、张明江

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太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,山西 太原 030024

太原理工大学电子信息与光学工程学院,山西 太原 030024

太原理工大学物理学院,山西 太原 030024

山西浙大新材料与化工研究院,山西 太原 030024

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光纤光学 分布式光纤传感 前向受激布里渊散射 物质识别 神经网络

国家自然科学基金国家自然科学基金国家自然科学基金山西省重点研发计划(光电领域)山西省中央引导地方科技发展基金山西省自然科学基金青年项目

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2024

10.3788/LOP232177

激光与光电子学进展
中国科学院上海光学精密机械研究所

激光与光电子学进展

CSTPCD北大核心
影响因子：1.153
ISSN：1006-4125
年,卷(期)：2024.61(13)