分布式光纖溫度傳感器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及信號(hào)處理.pdf

1、分布式光纖傳感技術(shù)的研究可以追溯到20世紀(jì)70年代末，經(jīng)過了三十多年的發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中。作為分布式光纖傳感技術(shù)的一個(gè)重要分支，分布式光纖溫度傳感技術(shù)一直是國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)關(guān)注研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。
　　 區(qū)別于單點(diǎn)式的溫度傳感器，分布式光纖溫度傳感器可以在一根光纖上實(shí)時(shí)地測量多點(diǎn)的溫度信息，并利用光時(shí)域反射技術(shù)精確地定位空間溫度場。光纖既是光信號(hào)的傳輸媒介，又是溫度信息的傳感媒介。尤其在易燃易爆、電磁

2、干擾強(qiáng)烈、腐蝕性強(qiáng)和不易鋪設(shè)的場合，分布式光纖溫度傳感器更是具有不可比擬的優(yōu)勢，因而具有廣闊的市場前景。
　　 本文詳細(xì)闡述了分布式拉曼光纖測溫技術(shù)的理論基礎(chǔ)-光時(shí)域反射技術(shù)以及拉曼散射的溫度效應(yīng)原理，并介紹了其它幾種常見的光纖溫度傳感技術(shù)。本文從光信號(hào)發(fā)生和傳輸、光電檢測、信號(hào)采集等方面設(shè)計(jì)了分布式光纖測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，討論了各個(gè)元件的工作原理和性能并著重分析了半導(dǎo)體光源的最佳中心波長、APD的雪崩倍增系數(shù)、采集卡的精度等指標(biāo)對

3、系統(tǒng)性能的影響。本文提出了幾種改善系統(tǒng)性能指標(biāo)的方法并探討了解決系統(tǒng)穩(wěn)定性的方案。
　　 對于系統(tǒng)采集到的模擬溫度信號(hào)，本文推導(dǎo)了幾種解調(diào)的方法并選擇了使用雙通道后向斯托克斯光解調(diào)反斯托克斯光的解調(diào)方法。為了消除通道靈敏度的差異對溫度測量帶來的誤差，本系統(tǒng)設(shè)立了定標(biāo)區(qū)，對定標(biāo)區(qū)的設(shè)置進(jìn)行了詳細(xì)的分析并解決了定標(biāo)未能解決的問題。針對微弱的拉曼散射信號(hào)，本文采用時(shí)域疊加平均算法和小波多分辨率分析相結(jié)合的方法降低系統(tǒng)噪聲干擾，提取有用