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基于拉曼散射分布式光纤测温系统的研究与设计

发布时间:2016-11-22 23:04

  本文关键词:基于拉曼散射分布式光纤测温系统的研究与设计,由笔耕文化传播整理发布。


《华北电力大学(河北)》 2009年

基于拉曼散射分布式光纤测温系统的研究与设计

李秀琦  

【摘要】: 分布式光纤温度传感技术于20世纪70年代末被提出,目前这项技术已成为光纤传感器技术中最具前途的技术之一。本文在对各种分布式温度传感器进行比较分析的基础上,确定了所采用的基于拉曼散射的分布式光纤温度传感方案。此方案的基本原理主要是后向拉曼散射的温度效应和OTDR空间定位技术。在此基础上构建了利用斯托克斯光解调反斯托克斯光的分布式光纤温度传感系统。分析了系统的主要技术指标和各项关键技术,重点研究了光电检测组件(雪崩二极管APD)的噪声和增益特性,使用了一种采用集成电路芯片ADL5317的APD偏置电路。最后,根据系统设计框图,对系统的光电部分器件进行了详细的分析与选择,并进行了相关实验的尝试性设计。

【关键词】:
【学位授予单位】:华北电力大学(河北)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TH811
【目录】:

  • 中文摘要4
  • Abstract4-7
  • 第一章 引言7-11
  • 1.1 课题背景和意义7-8
  • 1.2 本课题国内外研究动态8-9
  • 1.3 本课题在电力系统中的应用9-10
  • 1.4 本课题研究的主要内容10-11
  • 第二章 分布式光纤温度传感器的理论基础11-19
  • 2.1 后向散射分布式光纤温度传感系统的分类及方案确定11-13
  • 2.1.1 基于后向瑞利散射的分布式光纤传感技术11-12
  • 2.1.2 基于后向布里渊散射的分布式光纤传感技术12
  • 2.1.3 基于后向拉曼散射的分布式光纤传感技术12-13
  • 2.1.4 方案确定13
  • 2.2 光时域反射(OTDR)原理13-14
  • 2.3 拉曼散射原理14-18
  • 2.3.1 光纤中拉曼散射原理14-15
  • 2.3.2 自发拉曼散射的温度效应及其解调方法15-16
  • 2.3.3 受激拉曼散射(SRS)16-17
  • 2.3.4 光纤中拉曼阈值17-18
  • 2.4 本章小结18-19
  • 第三章 基于拉曼散射分布式光纤测温系统的分析与设计19-26
  • 3.1 系统的组成结构及测量机理19-20
  • 3.1.1 系统的组成结构19-20
  • 3.1.2 系统的测量机理20
  • 3.2 系统的主要技术指标20-23
  • 3.2.1 温度分辨率的确定性分析20-21
  • 3.2.2 空间分辨率的确定性分析21-22
  • 3.2.3 系统响应时间的确定性分析22-23
  • 3.3 系统的性能分析23-25
  • 3.3.1 系统信噪比分析23-24
  • 3.3.2 系统工作稳定性分析及提高稳定性措施24-25
  • 3.3.2.1 影响系统工作稳定性的因素24-25
  • 3.3.2.2 提高系统稳定性措施25
  • 3.4 本章小结25-26
  • 第四章 基于拉曼散射的分布式光纤测温系统的关键技术研究26-46
  • 4.1 系统工作波长的选择26-29
  • 4.1.1 系统工作波长与待检光功率的关系26-27
  • 4.1.2 系统工作波长与温度灵敏度的关系27-28
  • 4.1.3 系统工作波长与工作稳定性的关系28
  • 4.1.4 系统工作波长的合理选择28-29
  • 4.2 定标区的位置选择29-30
  • 4.3 系统待检光功率的估算30-31
  • 4.4 光电检测器件的选择与特性分析31-43
  • 4.4.1 光电检测器件的选择31-35
  • 4.4.1.1 光电倍增管PMT32-33
  • 4.4.1.2 光电二极管PIN33-34
  • 4.4.1.3 雪崩二极管APD34
  • 4.3.1.4 光电检测器件的总体对比选择34-35
  • 4.4.2 光电检测器件APD 的特性分析35-43
  • 4.4.2.1 APD 工作机理35-36
  • 4.4.2.2 APD 的主要性能指标36-37
  • 4.3.2.3 APD 的噪声、信噪比和最佳雪崩增益的分析37-40
  • 4.4.2.4 APD 的偏置电路40-43
  • 4.5 放大电路的分析与设计43-45
  • 4.5.1 前置放大器43
  • 4.5.2 主放大器43-44
  • 4.5.3 完整的光电检测电路44-45
  • 4.6 系统的数据采集与处理45
  • 4.7 本章小结45-46
  • 第五章 基于拉曼散射的分布式光纤测温系统的设计实现46-57
  • 5.1 系统实验器件的选择46-52
  • 5.1.1 脉冲激光器与波分复用器46-48
  • 5.1.2 传感光纤48-49
  • 5.1.3 雪崩二极管APD49-50
  • 5.1.4 放大电路器件50-51
  • 5.1.5 高速数据采集卡51-52
  • 5.2 系统实验方案的设计52-56
  • 5.2.1 激光脉冲测试实验设计53
  • 5.2.2 拉曼散射光测试实验设计53-54
  • 5.2.3 光电信号测量实验设计54-55
  • 5.2.4 实验前应注意的问题55-56
  • 5.3 本章小结56-57
  • 第六章 总结与展望57-59
  • 6.1 课题总结57-58
  • 6.2 课题展望58-59
  • 参考文献59-62
  • 致谢62-63
  • 在学期间发表的学术论文和参加科研情况63
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