分布式光纤温度传感系统测量精度的改进与研究

论文摘要

基于拉曼散射的分布式光纤温度传感器自70年代诞生以来,以其优越的性能及巨大的应用领域而成为传感测量领域的研究热点。在需要进行大范围温度监测的应用场合,传统的电式传感器无法胜任,而分布式光纤温度传感器恰好开辟了一个新的测量手段。本文介绍了分布式光纤温度传感器背景知识和工作原理,简要介绍了系统电路和主要功能模块。根据光时域反射定位原理分析了影响系统空间分辨率的主要因素,提出了相应的改进措施。针对传统单脉冲分布式光纤温度传感器脉冲宽度的增加能够提高温度分辨率,但同时会降低空间分辨率的矛盾,本文提出了利用主振动放大型光纤激光器代替传统半导体激光器的方法;由于温度分辨率由信噪比决定,而信噪比是信号强度与系统噪声的比值,所以本文从系统信号强度和系统噪声两方面分析了影响系统温度分辨率的主要因素,提出了增大光源光功率、采用调制放大模式、采用光环形器的改进方法。针对系统噪声过大、传统累加平均方法测量周期过长且累加到一定数量时会削减受热点伏值,降低系统温度及空间分辨率的问题,本文提出采用少量累加平均与Daubechies小波相结合的信号处理方法,并通过实验验证了相关结论。对比了新方法对参考信号和温敏信号的处理效果及在实测系统中的应用效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 分布式光纤温度传感器的国内外研究现状及应用领域
• 1.2.1 分布式光纤温度传感器国外研究现状
• 1.2.2 分布式光纤温度传感器国内研究现状
• 1.2.3 应用领域及应用前景
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 1.3.1 课题研究的目的
• 1.3.2 课题研究的意义
• 1.4 论文主要研究工作
• 2 分布式光纤温度传感器的基本理论及系统电路介绍
• 2.1 拉曼散射原理
• 2.2 分布式光纤温度传感器测量原理
• 2.2.1 光时域反射定位原理
• 2.2.2 拉曼散射测温原理
• 2.2.3 温度信号解调方法
• 2.3 分布式光纤温度传感器的系统电路介绍
• 2.3.1 系统工作原理
• 2.3.2 系统电路及主要功能模块的介绍
• 2.4 本章小结
• 3 系统空间分辨率的研究
• 3.1 系统空间分辨率的确定
• 3.2 影响系统空间分辨率的主要因素分析
• 3.2.1 激光光脉冲宽度对空间分辨率的影响
• 3.2.2 光电探测器对系统空间分辨率的影响
• 3.2.3 A/D 采集卡对系统空间分辨率的影响
• 3.3 提高系统空间分辨率的方法
• 3.3.1 对A/D 采集卡的改进
• 3.3.2 采用基于新原理的分布式光纤温度传感技术
• 3.3.3 对激光光源的改进
• 3.4 本章小结
• 4 系统温度分辨率的研究
• 4.1 系统温度分辨率的确定
• 4.2 影响系统温度分辨率的主要因素分析
• 4.2.1 影响系统信号强度的主要因素分析
• 4.2.2 系统主要噪声分析
• 4.3 提高系统温度分辨率的方法
• 4.3.1 增大光源的光功率
• 4.3.2 采用光环形器
• 4.3.3 采用调制放大模式
• 4.3.4 利用Daubechie 小波进行信号处理
• 4.4 本章小结
• 5 应用Daubechies 小波提高系统测量精度的实验研究
• 5.1 小波信号处理原理
• 5.1.1 小波定义
• 5.1.2 小波变换的基本思想
• 5.1.3 小波消噪原理
• 5.2 实验设备及实验方案介绍
• 5.3 小波函数的选择及实验验证
• 5.3.1 选择小波函数的实验验证
• 5.3.2 选择小波分解层数的实验验证
• 5.4 DB3 小波与其它信号处理方法的实验对比
• 5.4.1 对参考信号的处理实验
• 5.4.2 对温敏信号的处理实验
• 5.4.3 实验结果分析
• 5.5 应用DB3 小波提高系统测温精度的实验研究
• 5.6 本章小结
• 6 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间承担的科研任务主要研究成果