分布式光纤温度测量系统关键技术研究

【摘要】：基于喇曼散射效应的分布式光纤温度传感器自70 年代诞生以来,以惊人的速度发展、扩散,其优异的性能、强大的功能和巨大的应用前景吸引了大批专家学者予以研究,使该技术快速走向成熟。 分布式光纤温度传感技术赖以工作的喇曼散射原理是成熟的理论,传感器系统的原理性研究难度并不大,作为国家“八五”攻关项目,作者带领的研究小组在90 年代初仅用一年的时间就拿出了原理性样机,然攻克系统的稳定性却用了3 年的时间才略有小成。随后在作者承担的国家自然科学基金的资助下,继续就系统的稳定性进行了深入的研究,在一些关键技术上取得了一定的成绩。 本论文是作者对分布式光纤温度传感系统进行长期研究工作的一个总结,论文中针对分布式光纤温度传感技术的背景知识、工作原理进行了介绍。推导出了在接收端得到的两路喇曼分量信号电压与温度的关系,纠正了一直被同行忽略的一个概念性错误,导出的结果与德国GESO 公司的公式有相似之处,但比他们的计算公式更加精确,尤其是在光纤远端的精度有明显的优势,对分布式光纤温度传感技术的正确应用具有重要的指导意义。从物理光学出发,通过干涉滤光片的倾斜入射公式,提出了干涉滤光片的调谐匹配滤波的方法,能够大大提高滤波效果,具有重要的应用价值。论文详细分析了影响系统稳定性的各种因素,尤其是雪崩光电二极管的温飘特性,提出并研发了一种动态跟踪补偿技术,能够大大提高APD 对环境温度的适应能力。在应用研究中,作者在宁波振东光电有限公司的帮助下,针对该技术在大型水坝渗漏监测中的应用进行了有益的探索,提出了有源激励方式,并成功应用于广东某水电站的渗漏监测,测出了新建的大坝中存在渗漏的区域,大致测出了渗漏量,为该水电站的正常运行和维护提供了宝贵的资料。在管道泄漏监测领域,论文介绍了一种基于joule-Thomson 效应的泄漏监测方法,并就泄漏物质、泄漏部位与光纤铺设方式之间的关系进行了分析和研究,比较详细地介绍了施工的工艺。在电缆温度监测领域,论文介绍了在秦山核电站的应用例子,成功检测出冷却水厂动力电缆的三个接头中其中一个接头存在质量问题,该检测结果引起了核电公司的高度重视,为确保核反应堆的正常运行提供了有力的监测手段。