基于布里渊散射的双光路分布式光纤温度传感系统研究

论文摘要

分布式光纤温度传感系统的温度灵敏度较高,并能实时监测整个光纤所在区域的一维乃至多维温度分布场。它已经应用于油井和隧道的温度分布测量,大型仓库、矿井的火灾防护及报警等领域。本文综述了当前分布式光纤温度传感的国内外概况,提出了使用传感光纤和参考光纤的双光路布里渊散射光时域反射温度测量系统,对参数进行了计算,对系统各部分做了详细的设计,并对系统信号检测的方法做了分析。本文比较了基于瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射的三种温度传感器的特点,分析了光纤温度变化与布里渊散射之间的变化关系,以及基于布里渊散射温度传感系统的温度传感原理和解调方式,采用相干检测的方式对布里渊频移进行测量,从而达到测量光纤温度变化的目的。温度分辨率、空间分辨率、时间分辨率和测温范围以及传感距离等是系统的几个重要参数。本文分析了影响这些参数的主要因素,提出了系统希望达到的性能指标。信号处理部分是基于布里渊散射分布式光纤温度传感系统的重要部分之一。本文介绍了微弱信号处理技术的一般方法并分析了这些方法对于系统的适用性,对系统探测的后向布里渊散射光信号和接收系统的噪声进行了分析,提出了采用时域平均处理的处理方法,把淹没在噪声中信号提取出来。最后用matlab模拟,讨论了平均累加处理的累加次数对信噪比改善的重要作用,并对两根光纤不对称的条件下系统允许的误差范围做了仿真。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 光纤传感器概述
• 1.2 基于OTDR 的分布式光纤传感技术（瑞利散射）
• 1.3 基于拉曼散射的分布式传感技术
• 1.4 基于后向布里渊散射的分布式光纤传感技术
• 1.5 分布式光纤传感器的应用前景及发展趋势
• 2 光纤温度变化与后向布里渊散射的关系
• 2.1 光纤温度变化与后向布里渊散射的关系
• 2.2 光时域反射测量原理
• 2.3 本章小结
• 3 系统方案及参数计算
• 3.1 系统方案与整体设计
• 3.2 系统主要性能参数计算
• 3.3 光脉冲参数的计算
• 3.4 本章小结
• 4 信号检测及仿真
• 4.1 微弱信号的检测、频域信号的窄带化及相干检测技术
• 4.2 离散量的计数统计
• 4.3 时域信号的平均处理
• 4.4 数据平滑技术
• 4.5 噪声特点及信号处理仿真
• 4.6 光纤不对称情况下的误差分析
• 4.7 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献