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基于拉曼散射的分布式光纤温度传感系统的研究

刘文  
【摘要】:光纤传感技术是伴随着光纤制造技术和光通讯技术的发展而逐步形成的。自上个世纪70 年代以来,光纤传感器的研究、开发和应用都取得的长足的进展。 分布式光纤温度传感系统是专门为大范围多点温度测量的应用而设计的。它可以测量长达数公里的传感光纤沿线的温度场的分布。同时分布式光纤传感器具有防燃、防爆、耐高压、防电磁干扰等优点,因而它的研究引起了世界范围内的广泛重视。本论文对基于自发拉曼散射的分布式光纤传感系统的基本理论和技术进行了研究。 在详细介绍国内外的分布式温度传感技术的研究现状的基础上,着重从理论上分析了光在光纤中传播时的拉曼散射现象,建立了分布式温度传感系统的理论模型,并对3种测温方案进行了计算机仿真,选择了一种双通通的拉曼散射温度作本课题的传感方案,并对系统指标要求进行了详细说明; 在此基础上,设计试验观测了光纤中的拉曼散射强度受温度调制的现象,通过数值计算,优化选择了光源中心波长,对本课题研究选择的980nm 大功率半导体脉冲激光器的性能进行了测试; 接着根据光在光纤中拉曼散射的特点,研究了光的分波合波技术,提出了一种新型的基于介质薄膜滤光片的拉曼散射用1×3 的双向光波分复用器,对它的实施方案进行了具体说明,经过测试达到了良好的性能。最后,论述了系统的光探测子系统,设计了一个低噪声高增益的APD 探测放大电路,并配合双通道高速A/D 采集卡,实现了系统的分布式测温,并取了良好的试验结果。


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