基于拉曼散射效應(yīng)的分布式光纖測溫系統(tǒng)研究.pdf

1、基于拉曼散射效應(yīng)的分布式光纖測溫系統(tǒng)是近年來發(fā)展起來的一種新型溫度傳感系統(tǒng)，此類系統(tǒng)利用單根傳感光纖就能夠在線測量出沿光纖分布的空間溫度場。與以往傳統(tǒng)的測溫系統(tǒng)相比較，拉曼測溫系統(tǒng)具有較高的空間分辨率和溫度分辨率；能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測溫度，每隔一定時(shí)間便會(huì)刷新一次溫度數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)即時(shí)有效；此外，系統(tǒng)具有耐腐蝕、抗電磁干擾、防火防爆以及傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，使得它與傳統(tǒng)的溫度傳感器區(qū)別開。分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)因其本身具有的獨(dú)特優(yōu)勢，已經(jīng)廣泛應(yīng)用

2、于航空航天、工業(yè)現(xiàn)場、公共安全等領(lǐng)域。
　　本文在回顧光纖傳感技術(shù)發(fā)展背景的基礎(chǔ)上，概述了分布式光纖測溫系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，指出了國產(chǎn)系統(tǒng)存在的不足，確立了本課題的主要研究內(nèi)容。在分析光纖中的后向散射的基礎(chǔ)上，將拉曼散射理論與光時(shí)域反射技術(shù)相結(jié)合，提出了分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)的基本原理，通過用Rayleigh光、anti-stokes光以及stokes光分別作為參考光進(jìn)行計(jì)算分析，確定了系統(tǒng)最終選用stokes光作為參

3、考光進(jìn)行信號(hào)解調(diào)。
　　根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，本文在計(jì)算分析系統(tǒng)所需元器件參數(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)元器件進(jìn)行了選型，搭建了分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)。在分析影響系統(tǒng)信噪比因素的基礎(chǔ)上，確立了采用累加平均及小波變換相結(jié)合的方法來提高系統(tǒng)信噪比；根據(jù)信號(hào)解調(diào)理論，對(duì)解調(diào)方案的正確性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；研制了溫度標(biāo)定模塊，采用對(duì)不同溫度段溫度分別標(biāo)定的方法，通過對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，完成了系統(tǒng)溫度標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了溫度的測量。
　　為了驗(yàn)證分

4、段定標(biāo)方案的可行性，文章首先對(duì)系統(tǒng)空間分辨率、溫度分辨率、溫度測量精度、響應(yīng)時(shí)間、穩(wěn)定性及重復(fù)性分別進(jìn)行了測試。測試結(jié)果表明：在100℃以內(nèi)，系統(tǒng)空間分辨率為1m，溫度分辨率優(yōu)于1℃，溫度測量精度達(dá)±1℃，響應(yīng)時(shí)間為34s，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、重復(fù)性良好；其次，針對(duì)油井、核電監(jiān)測等特殊領(lǐng)域，對(duì)高溫區(qū)域溫度的測量進(jìn)行了探索研究，實(shí)現(xiàn)了300℃的測量；最后，對(duì)系統(tǒng)主機(jī)進(jìn)行了安裝測試，測試結(jié)果符合要求，據(jù)此完成了一臺(tái)性能優(yōu)異且具有一定價(jià)格優(yōu)勢的分布