基于拉曼散射的分布式光纤测温系统的设计与优化

发布时间：2017-07-30 21:32

  本文关键词：基于拉曼散射的分布式光纤测温系统的设计与优化

  更多相关文章： 分布式光纤测温 拉曼散射 性能优化 火灾预警

【摘要】：分布式光纤测温系统(Distributed Optical Fiber Temperature Sensor System,DTS)是利用传感光纤中散射光光强与温度间的关系设计的测温系统。该测温方式克服了传统测温方式的不足之处,具有独特优势,系统不受电磁干扰,绝缘性好,质量轻,体积小,可用于长距离的测温,应用场所广泛。DTS不受电磁干扰,可用于电缆整条线路的温度监测。适合用于长距离的温度监测如燃气管道、隧道等地温度监测,随着测温距离的增加DTS具有更高的性价比。此外DTS布线简洁,通过测温软件可直接读取传感光纤沿线的温度分布情况,减少了测温系统安装布置的工作量。国外对DTS技术的研究开始于20世纪70年代,我国开始于20世纪80年代。目前分布式光纤测温技术持续发展,系统性能不断优化,将会具有更加广阔的应用前景。论文阐述了基于拉曼散射的DTS测温以及定位原理,并对其它光纤测温原理进行了介绍,包括：基于布里渊散射的测温原理、基于瑞利散射的测温原理、光纤光栅测温原理,比较了多种测温原理的优势及不足之处。详细介绍了硬件系统的组成,包括激光器、波分复用器(WDM)、雪崩二极管(ADP)数据采集卡及传感光纤。对各个组成元件的性能要求及选型标准进行了说明。阐述了anti-stokes、stokes光信号转化为温度信号的过程,对信号处理的各个环节都进行了介绍。论文对系统性能进行分析,包括：测温精度、空间分辨率、定位精度、响应时间等,提出采用分段线性拟合的方法提高测温精度,并通过添加光开关元件的方式增加系统测温范围,利用算法实现定温及差温预警方式,从各角度使系能的性能获得提升。论文最后对建筑物内的火灾预警实验进行了分析,探讨了DTS定温及差温预警应用于建筑物内火灾探测的可行性,并对两种火灾预警方式进行了比较,得出两种测温方式的适用场合以及探测火灾时光纤布置要求。
【关键词】：分布式光纤测温 拉曼散射 性能优化 火灾预警
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH811
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 研究背景及意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 国外研究现状12-14
• 1.2.2 国内研究现状14-15
• 1.3 论文主要内容及结构安排15-18
• 第2章 基于拉曼散射的分布式光纤测温理论18-28
• 2.1 基于光时域反射的空间定位原理18-19
• 2.2 基于拉曼散射的测温原理19-22
• 2.3 其它不同测温原理的介绍及比较22-26
• 2.3.1 基于布里渊散射的测温原理22-23
• 2.3.2 基于瑞利散射的测温原理23-24
• 2.3.3 光纤光栅测温技术24-26
• 2.4 本章小结26-28
• 第3章 分布式光纤测温系统的设计28-46
• 3.1 分布式光纤测温系统(DTS)的基本结构28-34
• 3.1.1 激光器29-30
• 3.1.2 波分复用器30-31
• 3.1.3 雪崩二极管31-32
• 3.1.4 数据采集卡32-33
• 3.1.5 传感光纤33-34
• 3.2 信号的去噪方法34-38
• 3.2.1 累加去噪34-36
• 3.2.2 小波去噪36-38
• 3.3 衰减补偿38-42
• 3.4 温度解调算法42-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第4章 分布式光纤测温系统的优化46-60
• 4.1 性能分析46-53
• 4.1.1 测温精度46-48
• 4.1.2 空间分辨率48-50
• 4.1.3 定位精度50-52
• 4.1.4 响应时间52-53
• 4.2 测温精度的优化53-55
• 4.2.1 分段拟合算法53-54
• 4.2.2 精度分析54-55
• 4.3 利用光开关增加测温范围55-56
• 4.4 系统功能的拓展56-58
• 4.5 本章小结58-60
• 第5章 DTS应用于火灾预警的实验研究60-66
• 5.1 实验介绍60
• 5.2 预警方式60-61
• 5.2.1 定温预警60
• 5.2.2 差温预警60-61
• 5.3 实验数据分析61-63
• 5.4 实验结论63
• 5.5 本章小结63-66
• 第6章 创新点与展望66-68
• 6.1 本文创新点66
• 6.2 下一步工作展望66-68
• 参考文献68-72
• 致谢72-74
• 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果74

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本文编号：596195