用于水温测量的SBS信号处理技术分析

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1、南昌航空大学硕士学位论文摘要摘要近年来随着光谱测量技术研究的不断深入，一种利用受激布里渊散射（SBS）进行水温测量的方法被提出。这种方法是一种非接触式的温度测量方法，利用此方法，可以做到对水的温度进行实时测量，但目前用SBS进行水温测量的方法在温度的测量精度上还有待提高。为了提高温度测量精度，本文以纯水作为散射介质，测量水的受激布里渊散射信号，从信号处理方面入手，通过对SBS信号进行处理，更精确地测量出水的SBS频移与线宽，算出水的温度。实验采用法布里-帕罗(F-P)标准具与ICCD结合的扫描系统进行SBS信号的采集。用532nm激光作为泵浦光，用聚

2、焦系统将泵浦光汇聚进入恒温水槽，在焦点处产生受激布里渊散射。本实验采集圆环信号图与点状信号图，分别对测量信号进行处理，计算出受激布里渊散射的频移与线宽，再进行温度拟合。对于采集得到的圆环信号，用两种方法处理，计算出频移参量：一种为洛伦兹-高斯混合线型拟合的方法求频移值，另一种为非线性拟合法求出圆环的圆心位置，从而求出圆环的半径，进而求出频移值。从得到的频移值拟合出温度关于频移的经验公式。对于采集得到的点状信号图，用洛伦兹拟合的方法求出线宽值，通过线宽值拟合出温度关于线宽的经验公式。分析三种数据处理方法所得到的测量误差，从误差分析可以知道，利用洛伦兹-

3、高斯混合线型拟合法求频移值进而求温度的方法计算简便快速，但是测量误差较大，最大误差为0.662℃，平均误差为0.279℃；利用非线性拟合法求出圆心位置进而求出温度的方法，测量精度高，但是信号去噪处理繁杂，计算复杂，最大误差为0.420℃，平均误差为0.157℃；利用洛伦兹拟合线宽求温度的方法，理论上测量精度高，但是信号容易受激光器稳定性等影响，最大测量误差为0.453℃，平均误差为0.178℃。关键词：受激布里渊散射,频移,线宽,温度I南昌航空大学硕士学位论文abstractAbstractWiththedevelopmentofspectralme

4、asurementtechnology,anovelmethodbasedonstimulatedBrillouinscatteringwasproposedformeasuringthewatertemperatureinrecentyears.Thismethodisanon-contacttemperaturemeasurementmethodwhichcanbeusedtomeasurethetemperatureofwaterinrealtime.However,themeasurementprecisionofwatertemperatu

5、reisstillanoutstandingissueusingtheBrillouinmethod.Inthispaper,SBSsignalwasmeasuredbyusingthepurewaterasscatteringmedium.TheemphasisofthepaperisfocusedonthesignalprocessingtechniquesofSBSsignal.Watertemperaturewasaccuratelymeasuredbymeasuringthefrequencyshiftandline-widthofSBS.

6、ThesignalofSBSintheexperimentwasdetectedbythescanningsystemthatmadeofF-PetalonandICCD.Thefocussystemwasusedtofocusthepumplightwith532nmintoaconstanttemperaturetanksothatthestimulatedBrillouinscatteringcanbeexcitedatthefocuspoint.Duringtheprocessofexperiment,theringspectraanddot

7、spectrahavebeencollectedrespectively,andthentheobtainedspectrahavebeenprocessedsoastocalculatethefrequencyshiftandlinewidthofSBS.Basedontheprocessedresults,thetemperaturevalueswerecalculated.TheringspectrawereprocessedforobtainingthefrequencyshiftofSBSbasedontwoways:oneistheLor

8、enz-Gaussianfittingmethod;theotheroneisthenonlinearfit