分布式光纤拉曼温度传感数据采集与处理研究

发布时间：2017-12-18 00:19

  本文关键词：分布式光纤拉曼温度传感数据采集与处理研究

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【摘要】：燃气管道作为燃气重要的运输介质,在人们的日常生活中发挥着越来越重要的作用,随着管道使用年限的加长以及由于管道深埋于地底所造成的检修不便,燃气管道泄漏损害人民生命财产安全的事故时常发生。因此,对燃气管道进行实时在线检测,尽早识别并能迅速准确定位管道泄漏是保障燃气管道安全运行所迫切需要解决的问题。相比于传统的燃气管道泄漏检测方法,例如介质检测法、管壁参数检测法、基于声学原理的检测法等,基于分布式光纤拉曼温度传感的检测法因其能够实现长距离、分布式、快速实时检测,且所用传感光纤具有本质安全,抗电磁干扰,便于铺设等优点为燃气管道泄漏的检测提供了新的思路。当燃气管道发生泄漏时,在管道泄漏点周围发生急剧的温度变化,这种温度的变化会使铺设于管道周边光纤中散射光的光强发生变化,即发生后向拉曼散射温度效应。通过实时探测光纤中这种光强的变化来进行温度的精确测量,并通过光时域反射技术进行燃气管道泄漏点的准确定位,以便及时地采取措施进行施工检修。为此我们开展分布式光纤温度传感数据采集与处理研究,应用于燃气管道泄漏的检测。本研究从燃气管道泄漏检测基本理论出发,分析燃气管道泄漏时泄漏点空间场温度变化特性、后向拉曼散射温度效应以及光时域反射技术。进行分布式光纤拉曼温度传感检测系统方案的设计,并对系统关键器件,如脉冲激光器、波分复用器、光电探测器、采集卡等进行选型分析,对分布式光纤拉曼温度信号的解调算法进行对比研究及设计。完成了基于LabVIEW平台的分布式光纤拉曼温度传感信号的采集处理研究,利用FPGA硬件实时累加平均技术实现了拉曼后向散射微弱信号的增强采集,提高了系统的信噪比与实时性。此外,完成了传感光纤温度的自动定标设计、联合LabVIEW与MALTLAB小波去噪算法设计以及Hermite色散消除算法设计,并进行了基于SQL Server数据库与TDMS的分布式光纤拉曼温度信号的存储查询方案的对比研究。最后,搭建了基于分布式光纤拉曼温度传感系统实验平台,对系统的各项性能指标进行实验分析,将普通多模光纤作为传感、传输介质,实现了10km长的传感检测,±1℃的测温精度,±1m的定位精度,1m的空间分辨率以及小于5s的系统测量时间。此外,设计了基于LabVIEW平台的燃气管道泄漏检测上位机软件,将制作的传感样机应用于模拟燃气管道泄漏温度的检测,具有响应准确,实时性好的特点,为实际项目中的应用提供理论依据。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE973.6

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本文编号：1302123