本文選題：分布式傳感 + 多參數(shù)��； 參考：《重慶大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：分布式光纖傳感技術(shù)是利用光纖自身既作為信號傳輸介質(zhì)又作為傳感單元,從而獲取整個光纖路徑沿線的外部物理量的分布情況。分布式光纖傳感系統(tǒng)測量精度高,傳感距離長,并且具有較好的可靠性,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于長距離基礎(chǔ)設(shè)施的健康監(jiān)測。然而故障的發(fā)生通常表現(xiàn)為應(yīng)變或振動事件,抑或是環(huán)境溫度的改變等多種參量的變化,僅僅對單一物理量的監(jiān)測并不能確保對事故進行有效的預(yù)警和定位,因而多參數(shù)的分布式測量也顯得越來越重要,并逐漸成為分布式測量的一個發(fā)展趨勢。目前國內(nèi)外對于多參數(shù)的分布式測量主要集中在應(yīng)力及溫度的同時測量,該原理是利用拉曼散射的溫度效應(yīng)及布里淵頻移隨應(yīng)變及溫度的變化量來實現(xiàn)。而對于分布式振動及溫度的同時測量還鮮有報道,本文結(jié)合瑞利散射及自發(fā)拉曼散射的OTDR系統(tǒng)實現(xiàn)了振動及溫度的分布式測量,并采用脈沖調(diào)制的方式獲得了高信噪比的拉曼散射信號,又避免非線性產(chǎn)生給測量帶來的影響。論文的主要工作如下:①概述了基于瑞利散射的振動傳感技術(shù)及基于拉曼散射的溫度傳感技術(shù)的相關(guān)理論,為實現(xiàn)兩種技術(shù)的結(jié)合奠定了理論知識。首先通過建立后向瑞利散射的離散模型描述了φ-OTDR系統(tǒng)的基本原理,而后從量子力學(xué)的角度闡釋了ROTDR系統(tǒng)的測溫原理,并對常用的溫度解調(diào)方法進行了介紹。討論了系統(tǒng)的各參數(shù)指標對整體設(shè)計的要求,并在此基礎(chǔ)上分析了分布式振動及溫度傳感系統(tǒng)的可行性。②對多參數(shù)分布式光纖傳感系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及主要器件進行了實驗研究。通過對不同脈沖參數(shù)下得到的振動及溫度測量結(jié)果進行分析,認為高功率的脈沖光可以獲得高信噪比的自發(fā)拉曼散射信號,但同時會產(chǎn)生非線性效應(yīng)導(dǎo)致振動測量難以實現(xiàn),如若降低探測脈沖光功率則會較大地影響系統(tǒng)的測溫精度。因此,認為采用合適的調(diào)制脈沖方式對于實現(xiàn)振動及溫度的同時測量和提高系統(tǒng)性能是及其關(guān)鍵的。③為了實現(xiàn)分布式光纖振動及溫度的同時測量,利用聲光調(diào)制器連續(xù)產(chǎn)生的高、低功率的探測光脈沖,并通過高功率的脈沖光產(chǎn)生的拉曼散射進行溫度解調(diào),通過低功率的脈沖光產(chǎn)生的瑞利散射進行振動解調(diào)。在1.2km的傳感光纖上實現(xiàn)了空間分辨率為5.8m,振動頻率為1k Hz及10k Hz的振動測量,同時還實現(xiàn)了空間分辨率為4.8m,測溫精度約±3℃的溫度測量。④對于實驗中所采用的脈沖調(diào)制方式,將會影響振動測量的頻率響應(yīng)范圍。由于振動是快速變化的動態(tài)信號,而溫度則是一個緩變的信號,因而文章提出一種改進的脈沖調(diào)制方法,以減小溫度探測脈沖的重復(fù)頻率為代價來增大振動探測脈沖的重復(fù)頻率,這樣既能使振動測量的頻響范圍不受影響,同時也能滿足溫度測量的要求。通過實驗研究表明,利用脈沖調(diào)制的方式,可有效避免非線性效應(yīng)帶來的影響并同時提高系統(tǒng)的信噪比,從而實現(xiàn)結(jié)合瑞利散射及拉曼散射的多參數(shù)分布式傳感系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單且成本較低,進一步提高系統(tǒng)性能將在未來的實際應(yīng)用中發(fā)揮出更大的作用及價值。
[Abstract]:The distributed optical fiber sensing technology uses the optical fiber itself as a signal transmission medium and as a sensing unit, thus obtaining the distribution of the external physical quantity along the whole fiber path. The distributed optical fiber sensing system has high measurement precision, long sensing distance and good reliability. It has been widely used in long distance infrastructure. However, the occurrence of a fault is usually shown as a strain or a vibration event, or a change in a variety of parameters, such as the change of the ambient temperature. Only the monitoring of a single physical quantity can not ensure an effective early warning and location for the accident. Therefore, the distributed measurement of multiple parameters is becoming more and more important and gradually distributed. At present, the distributed measurement of multi parameters is mainly focused on the simultaneous measurement of stress and temperature at home and abroad. The principle is to make use of the temperature effect of Raman scattering and the variation of Brillouin frequency shift with the variation of strain and temperature. The OTDR system of Rayleigh scattering and spontaneous Raman scattering realizes the distributed measurement of vibration and temperature. The Raman scattering signal with high signal to noise ratio is obtained by pulse modulation, and the influence of nonlinear generation is avoided. The main work of this paper is as follows: (1) the vibration sensing technology and base based on Rayleigh scattering are described. The theory of temperature sensing technology of Raman scattering has laid a theoretical knowledge for the realization of the combination of the two technologies. Firstly, the basic principle of the -OTDR system is described by the discrete model of the backward Rayleigh scattering, then the temperature measurement principle of the ROTDR system is explained from the angle of quantum mechanics, and the commonly used temperature demodulation methods are carried out. The requirements for the overall design of the parameters of the system are discussed, and the feasibility of the distributed vibration and temperature sensing system is analyzed on this basis. 2. The key technologies and main components of the multi parameter distributed optical fiber sensing system are experimentally studied. The vibration and temperature measurements obtained under different pulse parameters are measured. The result is that the high power pulse light can obtain the spontaneous Raman scattering signal with high signal to noise ratio, but the nonlinear effect causes the vibration measurement to be difficult to be realized. If the detection pulse light power is reduced, the temperature measurement precision will be greatly affected. Therefore, it is considered that the appropriate modulation pulse mode is used to realize the vibration. To measure and improve the performance of the system at the same time and temperature is the key. (3) in order to realize the simultaneous measurement of distributed optical fiber vibration and temperature, the high, low power detection optical pulse generated by the acoustooptic modulator is used continuously, and the temperature is demodulated by the Raman scattering produced by high power pulse light, and the low power pulse light is produced. The vibration demodulation is carried out by Rayleigh scattering. The spatial resolution of 1.2km is 5.8m, the vibration frequency is 1K Hz and 10K Hz, and the spatial resolution is 4.8m, and the temperature measurement accuracy is about 3 C. 4. The pulse pulse modulation method used in the experiment will affect the frequency of vibration measurement. The response range. Because the vibration is a fast changing dynamic signal and the temperature is a slow change signal, a modified pulse modulation method is proposed to increase the repetition frequency of the vibration detection pulse at the cost of reducing the repetition rate of the temperature detection pulse, so that the frequency response range of the vibration measurement is not affected. It can also meet the requirements of temperature measurement. Through the experimental study, it is shown that the influence of the nonlinear effect can be avoided and the signal to noise ratio of the system can be improved by pulse modulation, and the multi parameter distributed sensing system combining Rayleigh scattering and Raman scattering is realized. The system is simple in structure and low in cost, and is further proposed. High system performance will play a greater role and value in future practical applications.

【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN253

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳曄;;分布式光纖傳感油井高溫測試及其信號去噪研究[J];知識經(jīng)濟;2010年07期

2 趙慧玲;李卉;趙佳;;分布式光纖在發(fā)電廠內(nèi)的應(yīng)用[J];內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟;2014年03期

3 李川,張以謨,劉鐵根,丁勝,陳希明;可用于建筑結(jié)構(gòu)檢測的分布式光纖形變片[J];光子學(xué)報;2001年10期

4 周琦;樂堅浩;劉佳誕;;分布式光纖測溫技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及其在電力領(lǐng)域中的應(yīng)用[J];科協(xié)論壇(下半月);2012年11期

5 石藝尉，王耀才，蔣洪濤;分布式光纖傳感在井下瓦斯檢測中的應(yīng)用[J];儀器儀表學(xué)報;1995年04期

6 閔興鑫;孫曼;劉浩吾;;分布式光纖裂縫傳感技術(shù)的試驗研究[J];石河子大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2009年02期

7 吳庥偉;吳慧娟;饒云江;吳宇;趙天;;基于多種小波分解方法綜合判決的低誤報率分布式光纖圍欄入侵監(jiān)測系統(tǒng)[J];光子學(xué)報;2011年11期

8 劉喟;鄒健;黃尚廉;;分布式光纖溫度傳感的拉曼散射理論分析[J];光電工程;1993年06期

9 甘孝清;趙軍華;李申亭;李端有;;分布式光纖加熱技術(shù)研究[J];長江科學(xué)院院報;2013年11期

10 劉媛;雷濤;張勇;蘇美開;劉統(tǒng)玉;;油井分布式光纖測溫及高溫標定實驗[J];山東科學(xué);2008年06期

相關(guān)會議論文 前10條

1 張在宣;王劍鋒;郭寧;余向東;吳孝彪;馮海琪;InsooS.KIM;Yohee KIM;;分布式光纖拉曼溫度傳感器與光纖拉曼放大器[A];全國第十次光纖通信暨第十一屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會議（OFCIO’2001）論文集[C];2001年

2 魏德榮;趙花城;秦一濤;張弘;;分布式光纖監(jiān)測技術(shù)在我國的發(fā)展[A];2004年全國碾壓混凝土壩筑壩技術(shù)交流會論文集[C];2004年

3 張在宣;;分布式光纖傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進展——新的檢測方法與技術(shù)[A];面向21世紀的科技進步與社會經(jīng)濟發(fā)展（下冊）[C];1999年

4 杭利軍;何存富;吳斌;;新型分布式光纖聲學(xué)傳感技術(shù)研究[A];慶祝中國力學(xué)學(xué)會成立50周年暨中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會’2007論文摘要集（下）[C];2007年

5 魏德榮;趙花城;秦一濤;張弘;;分布式光纖監(jiān)測技術(shù)在中國的發(fā)展[A];紀念貴州省水力發(fā)電工程學(xué)會成立20周年論文選集[C];2005年

6 瞿榮輝;葉青;甘久林;郝蘊祺;潘政清;蔡海文;;應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的分布式光纖布里淵傳感系統(tǒng)[A];全國第15次光纖通信暨第16屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2011年

7 肖衡林;蔡德所;;基于溫度測量的分布式光纖滲漏監(jiān)測技術(shù)機理探討[A];第二屆中國水利水電巖土力學(xué)與工程學(xué)術(shù)討論會論文集（一）[C];2008年

8 吳飛;蔡璐璐;李志全;;分布式光纖應(yīng)變傳感器的研究[A];第三屆全國信息獲取與處理學(xué)術(shù)會議論文集[C];2005年

9 劉媛;孫志慧;王昌;劉統(tǒng)玉;;基于拉曼散射的分布式光纖傳感系統(tǒng)研究及應(yīng)用[A];中國光學(xué)學(xué)會2010年光學(xué)大會論文集[C];2010年

10 蔡順德;蔡德所;何薪基;張存吉;丁濤;;分布式光纖監(jiān)測三峽工程大塊體混凝土水化熱過程分析[A];第十二屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集第Ⅲ冊[C];2003年

相關(guān)重要報紙文章 前2條

1 魏奕雄;與光電共舞[N];樂山日報;2006年

2 本報記者 曹石巖;北洋集團：戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型 創(chuàng)新發(fā)展[N];威海日報;2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 王宗良;分布式光纖拉曼溫度傳感系統(tǒng)信號處理及性能提升[D];山東大學(xué);2015年

2 許海燕;分布式光纖振動傳感器及其定位技術(shù)研究[D];復(fù)旦大學(xué);2011年

3 孫琪真;分布式光纖傳感與信息處理技術(shù)的研究及應(yīng)用[D];華中科技大學(xué);2008年

4 史彥新;分布式光纖應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)研究[D];中國地質(zhì)大學(xué)（北京）;2010年

5 周琰;分布式光纖管道安全檢測技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2006年

6 曲志剛;分布式光纖油氣長輸管道泄漏檢測及預(yù)警技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2007年

7 何俊;分布式光纖傳感系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

8 侯培國;分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的理論與實驗研究[D];燕山大學(xué);2003年

9 張悅;基于拉曼散射的分布式光纖火災(zāi)預(yù)警方法、技術(shù)研究及實現(xiàn)[D];中北大學(xué);2011年

10 鄒建;分布式光纖溫度測量系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];重慶大學(xué);2005年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王寬;宏彎損耗的分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)與邊坡應(yīng)用研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

2 楊振;分布式光纖安防檢測系統(tǒng)的信號識別方法研究[D];大連海事大學(xué);2015年

3 陳棟;分布式光纖傳感網(wǎng)絡(luò)的定位算法與系統(tǒng)設(shè)計[D];大連海事大學(xué);2015年

4 韓雙連;基于分布式光纖傳感的爐底在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計[D];山東大學(xué);2015年

5 羅沙;分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)解調(diào)方法及可靠性研究[D];山東大學(xué);2015年

6 張寶祥;多種受力狀態(tài)下結(jié)構(gòu)分布式光纖傳感應(yīng)變傳遞及裂紋監(jiān)測[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

7 閆曉東;基于分布式光纖傳感器的遠程實時監(jiān)測系統(tǒng)的研究[D];電子科技大學(xué);2014年

8 崔安彬;長距離分布式光纖傳感系統(tǒng)的嵌入式平臺設(shè)計[D];電子科技大學(xué);2014年

9 張逍;管道在位狀態(tài)分布式光纖監(jiān)測方法研究[D];大連理工大學(xué);2015年

10 黎進;基于新型放大/接收技術(shù)的長距離分布式光纖傳感[D];電子科技大學(xué);2015年

，

本文編號：1828744