分布式光纤测温系统的研制与校准研究

发布时间：2017-08-06 00:16

  本文关键词：分布式光纤测温系统的研制与校准研究

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【摘要】：近年来,随着光纤技术和弱信号检测技术的飞速发展,分布式光纤测温技术凭借着优良的系统性能逐渐成为测温领域的研究热点。分布式光纤测温系统是在近几年中逐渐流行起来的分布式火灾预警系统,在分布式光纤测温系统中,光纤即作为传输介质传输光信号,也作为传感介质检测光信号的参量变化。分布式光纤测温系统可以实现连续分布式测温,具有抗电磁干扰、适合易燃易爆等恶劣环境的优点,目前已经在高压电缆、油井、大坝、公路隧道等领域得到了广泛的应用。本文对拉曼分布式光纤测温系统做了理论分析和实验研究。根据拉曼背向散射理论完成了系统的设计与实现,并根据分布式光纤测温系统传感信号的特点,采用累加平均算法和小波算法对系统中混杂的高斯白噪声进行处理和分析,并对采集到的数据进行校准实验。论文研究内容主要如下：1.在分布式光纤测温原理及解调方法的基础上,确定了分布式光纤测温系统的总体结构方案,并根据系统的总体结构方案提出一种分布式光纤测温系统实时校准的方法；根据系统总体结构方案,进行了系统模块的选型与分析；根据系统需求进行了系统控制模块的设计和分析。2.分析了拉曼温度传感信号的特点,并在此基础上重点分析了提高系统信噪比的方法,包括递推式累加平均算法去噪、小波变换去噪；对数据处理过程进行了详细的介绍,并分析了各种算法对信噪比的改善效果。3.搭建实验系统进行相关温度校准实验,针对前文提出的油槽模块和去噪算法对系统的性能改进进行验证分析,并利用三次样条误差曲线拟合法对温度曲线进行拟合修正。
【关键词】：拉曼 分布式 光纤 测温 实时校准 递推式累加平均
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH811
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 选题背景及研究意义11-12
• 1.2 典型的分布式光纤测温系统12-15
• 1.2.1 基于瑞利散射的分布式光纤测温系统13
• 1.2.2 基于布里渊散射的分布式光纤测温系统13-14
• 1.2.3 基于拉曼散射的分布式光纤测温系统14-15
• 1.3 基于拉曼散射的分布式光纤测温系统的国内外研究现状15-17
• 1.3.1 国外研究现状15-16
• 1.3.2 国内研究现状16-17
• 1.4 论文的主要研究内容17-19
• 第二章 分布式光纤测温系统的研制19-39
• 2.1 引言19
• 2.2 分布式光纤测温原理及解调方法19-23
• 2.2.1 光时域反射技术原理19-20
• 2.2.2 拉曼散射的量子理论20-21
• 2.2.3 拉曼散射的温度信号解调方法21-22
• 2.2.4 拉曼散射的温度定标22-23
• 2.3 分布式光纤测温系统设计及校准原理23-25
• 2.3.1 分布式光纤测温系统总体结构设计23-24
• 2.3.2 分布式光纤测温校准原理24-25
• 2.4 系统模块选型25-31
• 2.4.1 脉冲光源25-26
• 2.4.2 WDM波分复用器26-28
• 2.4.3 光电探测器28
• 2.4.4 高速数据采集卡28-29
• 2.4.5 标定油槽29-31
• 2.5 控制模块研制31-36
• 2.5.1 单片机控制模块32-34
• 2.5.2 通讯转换模块34-35
• 2.5.3 电压转换模块35-36
• 2.6 分布式光纤测温系统搭建36
• 2.7 本章小结36-39
• 第三章 分布式光纤测温系统的信号处理分析39-49
• 3.1 引言39
• 3.2 分布式光纤测温系统传感信号的特点39-40
• 3.3 递推式累加平均去噪40-44
• 3.3.1 常用的线性累加平均去噪原理40-42
• 3.3.2 递推式累加平均去噪原理42-43
• 3.3.3 平均次数效果对比43-44
• 3.4 小波变换去噪44-48
• 3.4.1 小波变换去噪原理44-45
• 3.4.2 小波变换模极大值法去噪45-46
• 3.4.3 小波变换模极大值法滤波结果及分析46-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 分布式光纤测温系统的温度校准实验分析49-65
• 4.1 引言49
• 4.2 系统改进性能分析49-57
• 4.2.1 系统实验平台搭建49-51
• 4.2.2 油槽模块对系统性能的改进分析51-53
• 4.2.3 去噪算法对系统性能改进分析53-57
• 4.3 三次样条曲线拟合57-61
• 4.4 分布式光纤测温系统实验数据分析61-63
• 4.5 本章小结63-65
• 第五章 总结与展望65-67
• 5.1 总结65
• 5.2 展望65-67
• 致谢67-69
• 参考文献69-75
• 附录A75

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本文编号：627567