Geri Dön

Novel signal processing techniques for fiber optic distributed acoustic sensing

Fiber optik dağıtık akustik algılama için yeni işaret işleme yöntemleri

PDF İndir

  1. Tez No: 592696
  2. Yazar: İBRAHİM ÖLÇER
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. AHMET ÖNCÜ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2019
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 198

Özet

Bu tez çalışmasında, fiber optik dağıtık akustik sensör (DAS) sistemlerindeki gürültünün etkilerini azaltmak için iki yeni yaklaşım önerilmiş; önerilen yöntemlerin de geçerliliğini kanıtlamak için gerçek bir faz-duyarlı OTDR sistemi geliştirilmiştir. Birinci yaklaşım, faz-OTDR işaretlerinin zamansal uyarlamalı işlenmesine dayanmaktadır. Bu yöntem uyarlamalı doğrusal bir süzgeç çıkışındaki işaret-gürültü oranının en iyileştirilmesini temel alır ve ilgili titreşim frekansı önceden bilindiğinde uyarlamalı uyumlu süzgeç (AMF) olarak anılır. Tezde sunulan ikinci yaklaşım ise titreşim frekanslarının önceden bilinmesini gerektirmez ve özilinti matrisinin en büyük özdeğerinin hesaplanmasına dayalıdır. Her iki yöntem de ölçümlerin özilişki özelliklerinden yararlanmaktadır. Birincisinde, gürültünün en uygun şekilde ve doğrusal olarak süzülmesi için gereken uyarlamalı bir ağırlık vektörünün hesaplanması için gürültü ilinti matrisi kestirilir. İkincisinde, ilinti matrisinin özdeğerleri hesaplanır ve en büyük özdeğer fiber güzergâhı üzerindeki titreşimlerin algılanması için test istatistiği olarak kullanılır. En büyük özdeğer algılama (MED) yöntemi olarak bilinen bu yöntem, ikili sezim eşiğinin tespiti amacı ile rastlantı matrisi kuramı ile desteklenmektedir. İlk olarak önerilen yöntemlerin etkinliği Monte Carlo benzetimleri ile gösterilmiştir. İkinci aşamada, gerçek veri toplamak, AMF ve MED yöntemlerinin laboratuvar testleri ile kullanılabilirliğini doğrulamak amacı ile gerçek bir faz-OTDR sistemi geliştirilmiştir. Son olarak, önerilen yöntemlerin gerçek koşullarda geçerliliğini test etmek amacı ile, hem zemin altında gömülü hem de çit üzerindeki fiber optik kablolar kullanılarak kapsamlı saha testleri gerçekleştirilmiştir. Test sonuçları, herhangi bir optik kuvvetlendirici donanımı kullanmadan ve sistemin frekans yanıtını bozmadan, 20 dB'den yüksek SNR değerleri elde edilebildiğini göstermektedir.

Özet (Çeviri)

In this thesis, to reduce the effect of noise in phase-sensitive optical time domain based (φ-OTDR) distributed acoustic sensing (DAS) systems, two novel approaches are proposed and a real experimental φ-OTDR system is developed for validation. The first approach is the temporal adaptive processing of φ-OTDR signals which is based on maximizing the signal-to-noise ratio (SNR) at the output of an adaptive linear filter. When the vibration frequency of interest is known a priori, it is called the adaptive matched filter (AMF). The second approach is based on the largest eigenvalue computation of the optical covariance matrix which does not require any prior information about the vibration frequencies. Both methods utilize the correlation properties of the measured data. In the first method, the noise covariance matrix is estimated to compute an adaptive weight vector for optimum linear filtering. In the second method, the eigenvalues of the covariance matrix are computed and the maximum eigenvalue is used as the test statistic for detecting the vibrations along the fiber optic cable route. This so called maximum eigenvalue detection (MED) technique is assisted by the random matrix theory (RMT) to establish the binary detection threshold. First, the efficacy of the proposed methods was demonstrated with Monte Carlo simulations. In the second phase, a φ-OTDR system was developed in the laboratory to gather real data and to verify the AMF and MED techniques with indoor experiments. In the last phase, extensive field tests, with both buried fibers and fibers on fences, were carried out to validate the proposed techniques in real-world conditions. The results show that more than 20 dB of SNR values can be achieved without any reduction in the system bandwidth and using any optical amplifier stage in the hardware.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    731103

    Raman based dispersive systems for short pulse generation andoptical signal processing

    Kısa atımlı darbe üretimi ve optik sinyal işleme uygulamaları için raman tabanlı dispersif sistemler

    SALİH KAĞAN KALYONCU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiUniversity of California Irvine

    Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖZDAL BOYRAZ

  2. Tez No

    675588

    Femtosaniye lazer ile işlenen yapıların katıhal lazerlerde uygulamaları ve üst çevrim pompalı Tm3+:KY3F10 lazerleri

    Solid-state laser applications of femtosecond laser written structures and upconversion pumped Tm3+:KY3F10 lasers

    YAĞIZ MOROVA

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SEDA AKSOY ESİNOĞLU

    PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU

  3. Tez No

    363577

    Meyve dokularında niteliksel ölçüm yapabilen elle tutulabilir spektroskopik donanım tasarımı ve gerçeklemesi

    Design and implementation of a hand-held devi̇ce to spectroscopically assess fruit quality

    ALİ SARIKAŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    Biyoteknolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FATMA İNCİ ÇİLESİZ

  4. Tez No

    336856

    Engineering the nonlinear dynamics of photonic systems: Demonstration of the soliton-similariton fiber laser and nonlinear laser lithography

    Fotonik sistemlerin doğrusal olmayan dinamiklerinin yönetimi: Soliton-similariton fiber lazer ve doğrusal olmayan lazer litografisinin gösterilmesi

    BÜLENT ÖKTEM

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. FATİH ÖMER İLDAY

  5. Tez No

    379855

    Ultrashort and short pulsed fiber laser development for transparent material processing, imaging and spectroscopy applications

    Transparan malzeme işleme, görüntüleme ve spektroskopi amaçlı ultra kısa ve kısa atımlı fiber lazer geliştirilmesi

    SEYDİ YAVAŞ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. FATİH ÖMER İLDAY

Geri Dön