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分布式拉曼光纤温度传感器系统及温度分辨率提高的研究

方曼  
【摘要】:分布式光纤温度传感器由于能在整条光纤的长度上给出被测温度变化信息,具有抗电磁干扰、尺寸小、对被测温度场影响小等优点,在工业、科学研究、军事等方面有广泛应用而一直是国内外研究的热点。 本文在对各种分布式温度传感器进行比较分析的基础上,确定了所采用的基于拉曼散射的光纤温度传感方案。本文研究分析了分布式拉曼光纤温度传感器的工作原理,设计了分布式拉曼光纤温度传感器系统结构,分配了各部分的技术指标。 本文对光纤中的 Raman 散射进行了较为全面的理论分析,并对传感光纤中的散射光信号进行了分析,分布式拉曼光纤温度传感器所探测到的含有温度信息的 Raman后向散射光十分微弱,甚至完全淹没在噪声中了。本文对分布式拉曼光纤温度传感器温度解调方法进行详细地分析比较,提出了采用Anti-Stokes Raman 与瑞利背向散射比的新的解调方法和定标方法;而Rayleigh和Anti-Stokes 后向散射光的消除噪声的水平直接关系到整个系统的测温精度,因此系统采用微弱信号检测技术,并设计了信号采集卡。 根据分布式温度测量的理论,从理论上分析了影响系统温度分辨率的相关因素,提出了一系列提高温度分辨率的方法;给出了工作波长选择的理论依据。通过选取合适的工作波长、采用新的信号采集方案及累加平均等技术,能有效地提高系统信噪比,保证系统温度的分辨率。


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