相位解调F-SBS系统的空间分辨率分析与恢复
Spatial Resolution Analysis and Restoration in F-SBS System Based on Phase Demodulation
帅文兰 1张建忠 2马喆 3刘铭 1孙博文 1金柯志 1张明江4
作者信息
- 1. 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
- 2. 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
- 3. 太原理工大学电子信息与光学工程学院,山西 太原 030024
- 4. 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
- 折叠
摘要
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.
Abstract
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.
关键词
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Key words
fiber optics/distributed fiber sensing/forward stimulated Brillouin scattering/substance identification/neural network引用本文复制引用
基金项目
国家自然科学基金(62075153)
国家自然科学基金(62075151)
国家自然科学基金(62205237)
山西省重点研发计划(光电领域)(202102150101004)
山西省中央引导地方科技发展基金(YDZJSX20231A019)
山西省自然科学基金青年项目(20210302124396)
出版年
2024
NETL
NSTL
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