论文题目: 分布式光纤温度传感器原理研究和系统构建
论文类型: 硕士论文
论文专业: 检测技术与自动化装置
作者: 谢春建
导师: 戴义保
关键词: 光时域反射技术,散射,定标温度,累积平均,超高速数据采集,总线
文献来源: 东南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 分布式光纤温度传感器是一种用于实时测量空间温度场分布的传感系统,在系统中光纤既是传输媒体也是传感媒体。利用光纤的Raman光谱效应,光纤所处空间各点温度场调制了光纤中传输的光载波,经解调后,将空间温度场的信息实时显示出来;利用光纤的光时域反射(Optical time domain reflection简称OTDR)技术,由光纤中光的传播速度和背向光回波的时间,对所测量点定位,它又是一个典型的光纤激光雷达系统。在分布式光纤温度传感器系统中的检测光纤不带电、抗射频和电磁干扰,防燃、防爆、抗腐蚀、耐高电压和强电磁场、耐电离辐射,能在有害环境中安全运行,是实用的“本安”型传感器系统。本文对分布式光纤温度传感器系统的原理进行了深入细致地分析研究;对系统的每一部分都以物理公式的数学推导为基础,以使系统各部分的原理明确无误,然后在此基础上提出相应部分的构建方案,以期整个系统构建达到最优化、最简化;最终将这一复杂的系统分解为各个较为简单的、有利于我们用软硬件实现的部分。其次,在系统原理明确的基础上,我们完成了该系统的关键部分之一------超高速数据采集电路的实现方案。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
绪论
1 课题研究背景
1.1 分布式光纤温度传感器的特点
1.2 分布式光纤温度传感器研究发展史
2 本课题研究的主要内容和要解决的问题
2.1 分布式光纤温度传感器系统原理研究
2.2 50MHz超高速数据采集电路的实现
3 分布式光纤温度传感器的分类及发展前景
3.1 分布式光纤温度传感器的分类
3.2 分布式光纤温度传感器的发展前景
第一章 光纤传感器基础
1.1 折射与内部全反射
1.2 子午光线
1.3 斜交光线（SKEW RAYS）
1.4 弯曲光纤
1.5 模类型
1.6 交互耦合
1.7 光纤的类型
第二章 光纤的损耗特性
2.1 损耗的机理
2.2 吸收损耗
2.2.1 本征吸收损耗
2.2.2 杂质吸收损耗
2.2.3 原子缺陷吸收损耗
2.3 散射损耗
2.3.1 线性散射损耗
2.3.2 非线性散射损耗
2.4 弯曲损耗
2.5 总结
第三章 分布式光纤温度传感器原理
3.1 分布式光纤温度传感器系统综述
3.1.1 光纤瑞利（Rayleigh）背向散射的精细结构谱及其温度效应
3.1.2 Raman散射理论模型
3.1.3 分布式光纤测温系统及其工作原理
3.1.4 测温精度分析
3.2 分布式光纤温度传感器系统的稳定性
3.2.1 分布式光纤传感器系统的稳定性分析
3.2.2 提高分布式光纤传感器系统的稳定性措施
3.2.3 另外需要注意的问题
3.3 RAMAN散射型分布式光纤温度传感器系统的温度标定
3.3.1 温度标定问题
3.3.2 温度标定的系统实现
3.4 光纤传感器光源驱动技术
3.4.1 影响LD、SLD发光稳定性的因素分析
3.4.2 控制方案
3.5 RAMAN散射型分布式光纤温度传感器系统中心波长的优化
3.5.1 中心波长问题
3.5.2 系统波长的优化选择
3.6 分布式光纤温度传感器APD的最佳倍增因子
3.6.1 定量分析
3.6.2 讨论
3.6.3 两点说明
3.7 高速数据采集及与上位机的传输能力分析
3.7.1 ADC性能对系统可靠性的影响
3.7.2 ADC与微机的数据传输能力对系统可靠性的影响
3.7.3 微机数据处理速度对系统可靠性的影响
3.8 分布式光纤温度传感器系统高速数据采集与处理方案
3.8.1 高速数据采集方案
3.8.2 信噪比改善---高速数据处理
3.9 RAMAN散射型分布式光纤温度传感器系统的信号和噪声分析示例
3.9.1 将用到的计算公式
3.9.2 光子源
3.9.3 波分复用器的损耗
3.9.4 光纤背向散射损耗和多模光纤传输损耗
3.9.5 信号通道与参考通道光子数
3.9.6 温度效应
3.9.7 分布式光纤温度传感器系统的系统信号和噪声电平
3.9.8 系统的测温精度
3.10 RAMAN散射型分布式光纤温度传感器的温度分辨率分析
3.10.1 理论分析
3.10.2 对单模光纤系统温度分辨率的分析
3.11 系统性能参数测试方法
3.11.1 分布光纤Raman温度传感器系统的结构
3.11.2 分布式光纤温度传感器系统主要参数的测量方法与结果
第四章 超高速数据采集电路的设计
4.1 时钟发生器CY2030PVC-1
4.1.1 时钟发生器CY2030 的特点
4.1.2 时钟发生器CY2030 的封装图（图4.1.1）
4.1.3 时钟发生器CY2030 的管脚
4.1.4 时钟发生器CY2030 的工作条件要求
4.1.5 CY2030 输出时钟的边沿、占空比
4.1.6 时钟发生器CY2030 的功能及应用综述
4.1.7 本设计中用时钟发生器CY2030 完成的功能
4.2 ADC芯片AD9002BD
4.2.1 器件AD9002 的特点
4.2.2 AD9002 概述
4.2.3 AD9002BD的功能、引脚图
4.2.4 AD9002 的时序
4.2.5 AD9002 的应用
4.2.6 PCB板布线注意事项
4.2.7 AD9002 实现的电路原理图
4.3 VERTEX-II系列器件结构及描述
4.3.1 Vertex-II系列器件概述
4.3.2 Vertex-II系列器件的特性
4.3.3 Vertex-II的逻辑结构
4.3.4 用Virtex-II器件xc2v1000-5fg456 实现的电路原理图
结 论
第一,深入细致地分析了系统的原理,解决了系统构建过程中的许多难题
第二,完成了该系统的关键部分之一——超高速数据采集电路的实现
针对本人在研究过程中的具体感受,总结认为需要进一步研究和解决的问题有:
致 谢
参考文献
作者在学期间发表的论文清单
发布时间: 2007-06-11
参考文献
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