基于布里渊增益谱边带解调的BOTDR分布式光纤测温系统的研究

发布时间：2017-12-22 06:10

  本文关键词：基于布里渊增益谱边带解调的BOTDR分布式光纤测温系统的研究　出处：《太原理工大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：目前,我国对煤层气、输油管道等地下管线进行安全实时监测的技术尚未普及,管道安全隐患问题逐渐凸显。基于布里渊光时域反射的分布式光纤传感技术,具有抗电磁干扰、耐高温、耐腐蚀、易于工程铺设等优点,还可以对物体的温度和应变信息实现时间和空间上的全方位连续性测量,且由于装置简单、单端接入、可检测断点等优势,非常适合于长距离管道泄漏、应力拉拽等检测。测温精度是衡量布里渊光时域反射分布式光纤测温系统性能的一项重要指标。为提高系统测温精度,本文提出了一种基于布里渊增益谱边带解调的布里渊光时域反射分布式测温系统,提高了系统信噪比,进而提高了系统测温精度,并在此基础上对该系统性能的影响因素做了深入分析,主要研究工作如下:(1)提出一种基于布里渊增益谱边带解调的布里渊光时域反射分布式光纤测温技术,理论分析了布里渊增益谱边带产生的机理和基于布里渊增益谱边带解调可以提高该系统测温精度的原因。(2)搭建了基于布里渊增益谱边带解调的布里渊光时域反射测温系统,对系统中主要器件的选择做了深入分析,并在LabVIEW平台上完成了基于Levenberg-Marquardt算法的待测光纤沿线布里渊频移的解调和相关界面显示。(3)在布里渊增益谱边带解调的基础上,对影响该系统性能的因素做了深入理论分析和实验验证。为提高系统的测温精度,首先提出了采用布里渊增益谱边带解调的方法,并进一步验证了由于相干探测时参考光的作用以及消除了相干瑞利噪声的影响,该方法可以提高测温精度;其次分别研究了激光光源线宽和探测光脉冲峰值功率对测温精度的影响;最后进一步研究了电信号接收端扫频系统中窄带滤波器的中心频率对测温精度的影响。为改善系统空间分辨率,重点分析了探测光脉冲脉宽、电信号接收端扫频部分窄带滤波器的带宽以及检波器的响应速率对空间分辨率的影响。(4)在上述基础上,利用搭建的布里渊光时域反射测温系统进行了一系列的温度传感实验,通过对布里渊增益谱左边带进行扫描解调,经LabVIEW编程处理数据,在10.2 km的传感距离上实现了±0.5℃的测温精度;通过注入脉宽约30 ns的探测光脉冲,在约10.8 km的测温距离上获得了2.79 m的空间分辨率;由于所采用恒温槽的温度设定恒温条件范围的限制,目前可达到的系统测温范围为-30℃~90℃。
【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】：TN253;TH811

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本文编号：1318718