本文關(guān)鍵詞：基于拉曼散射的分布式光纖測(cè)溫及數(shù)據(jù)處理技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 光纖 溫度解調(diào) 數(shù)據(jù)處理 自適應(yīng)濾波器

【摘要】：光纖應(yīng)用從光纖通信到光纖傳感,遍布醫(yī)療、運(yùn)輸、通信、服務(wù)、軍事、娛樂(lè)、能源、教育等各種領(lǐng)域,為信息世界的發(fā)展提供了一個(gè)有效的媒介。利用分布式光纖傳感技術(shù)對(duì)空間場(chǎng)的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè),能夠快速、準(zhǔn)確、安全地完成測(cè)量任務(wù)。分布式光纖溫度傳感器主要是利用光后向拉曼散射信號(hào)攜帶溫度信息,并通過(guò)反斯托克斯光和斯托克斯光進(jìn)行解調(diào)的原理,在大型倉(cāng)庫(kù)、油氣資源的運(yùn)輸、煤炭發(fā)電廠等領(lǐng)域發(fā)揮著重大的作用。本文首先對(duì)分布式DTS系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、未來(lái)前景以及測(cè)溫系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了大體分析,制定了光纖基于后向拉曼散射的溫度解調(diào)方案,對(duì)拉曼散射原理進(jìn)行了詳細(xì)的介紹,繼而對(duì)分布式光纖測(cè)溫的原理做了具體闡述。其次,本文給出了分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)總體設(shè)計(jì),并對(duì)各模塊中硬件功能進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明,根據(jù)實(shí)際要求分析出各部分的系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)。本文詳細(xì)分析系統(tǒng)各個(gè)模塊硬件的原理及設(shè)計(jì)思路,同時(shí)對(duì)分布式光纖的硬件模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì),包括高頻窄脈沖激光器的設(shè)計(jì)、光信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、低噪聲放大電路的設(shè)計(jì)和信號(hào)采集與數(shù)據(jù)處理模塊的設(shè)計(jì)。并且論文采用MATLAB對(duì)光譜信號(hào)進(jìn)行特性分析,對(duì)拉曼噪聲信號(hào)進(jìn)行濾波處理;設(shè)計(jì)了不同累加次數(shù)的濾波方法對(duì)比實(shí)驗(yàn),結(jié)合模擬濾波器和數(shù)字濾波器,綜合利用巴特沃斯濾波器對(duì)攜帶溫度信息的信號(hào)進(jìn)行濾波去噪處理;提出RLS算法,并結(jié)合IIR自適應(yīng)濾波器在FPGA中的工作流程進(jìn)行噪聲信號(hào)處理;借助LABVIEW對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的功能特性進(jìn)行仿真驗(yàn)證;設(shè)計(jì)了FPGA對(duì)系統(tǒng)整個(gè)累加濾波流程實(shí)驗(yàn)分析。論文最后根據(jù)模塊組裝系統(tǒng),并介紹了系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通道連接的客戶端軟件部分,基于此進(jìn)行了光纖溫度的測(cè)量實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了論文理論分析的正確性。
【關(guān)鍵詞】：光纖 溫度解調(diào) 數(shù)據(jù)處理 自適應(yīng)濾波器
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP212;TH811
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 概論9-13
• 1.1 前言9
• 1.2 光纖測(cè)溫技術(shù)的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景9-12
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀9-10
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.3 未來(lái)研究展望11-12
• 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)構(gòu)安排12-13
• 第二章 拉曼散射測(cè)溫原理分析13-21
• 2.1 拉曼散射理論概論13
• 2.2 拉曼散射的理論13-15
• 2.2.1 拉曼散射的經(jīng)典分子模型研究13-14
• 2.2.2 拉曼散射的量子力學(xué)模型分析14-15
• 2.3 分布式拉曼散射測(cè)溫理論15-19
• 2.3.1 OTDR原理介紹15-16
• 2.3.2 拉曼散射的OTDR原理16-18
• 2.3.3 基于拉曼散射測(cè)溫系統(tǒng)的溫度解調(diào)方法18-19
• 2.4 拉曼散射測(cè)溫的溫度定標(biāo)19-20
• 2.5 本章小結(jié)20-21
• 第三章 分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的性能指標(biāo)分析與研究21-25
• 3.1 光纖測(cè)溫的性能分析21-23
• 3.1.1 測(cè)溫指標(biāo)的分析21
• 3.1.2 系統(tǒng)的空間分辨率21-22
• 3.1.3 系統(tǒng)的溫度分辨率22-23
• 3.1.4 系統(tǒng)時(shí)間分辨率23
• 3.2 光纖測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路23-24
• 3.3 本章小結(jié)24-25
• 第四章 光纖測(cè)溫系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)25-44
• 4.1 系統(tǒng)光路發(fā)射模塊設(shè)計(jì)25-36
• 4.1.1 激光器設(shè)計(jì)原理25
• 4.1.2 光中心波長(zhǎng)的選擇25-27
• 4.1.3 脈寬與功率指標(biāo)27-28
• 4.1.4 激光器重復(fù)頻率的確定28
• 4.1.5 激光器及驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)28-34
• 4.1.6 光放大器原理34-36
• 4.2 光開(kāi)關(guān)的介紹36-38
• 4.3 光濾波器件38-39
• 4.4 光電探測(cè)模塊39-40
• 4.4.1 光電二極管39
• 4.4.2 模塊結(jié)構(gòu)39-40
• 4.5 數(shù)據(jù)采集處理模塊40-43
• 4.5.1 數(shù)據(jù)采樣模塊40-41
• 4.5.2 數(shù)據(jù)處理模塊41-43
• 4.6 本章小結(jié)43-44
• 第五章 分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的信號(hào)處理方法分析44-58
• 5.1 信號(hào)的去噪處理及穩(wěn)定性分析44-45
• 5.1.1 拉曼信號(hào)的噪聲特點(diǎn)44
• 5.1.2 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析44-45
• 5.2 系統(tǒng)的信號(hào)處理方法介紹45-49
• 5.2.1 數(shù)據(jù)處理技術(shù)簡(jiǎn)介45
• 5.2.2 數(shù)字累加平均對(duì)信噪比的改善45-49
• 5.3 微弱信號(hào)的處理方法49-57
• 5.3.1 巴特沃斯濾波器50-52
• 5.3.2 常規(guī)RLS算法自適應(yīng)濾波器52-54
• 5.3.3 IIR濾波器在FPGA中的實(shí)現(xiàn)方式54-55
• 5.3.4 RLS算法的仿真55-57
• 5.4 本章小結(jié)57-58
• 第六章 光纖測(cè)溫系統(tǒng)的總體實(shí)現(xiàn)58-72
• 6.1 激光器模塊的測(cè)試58-59
• 6.2 數(shù)據(jù)采集通道的測(cè)試59-61
• 6.2.1 A/D變換的處理方法59
• 6.2.2 基于LABVIEW的雙通道數(shù)據(jù)采集驗(yàn)證59-61
• 6.3 基于FPGA的數(shù)據(jù)累加濾波模塊設(shè)計(jì)61-64
• 6.3.1 驅(qū)動(dòng)信號(hào)的分析62
• 6.3.2 FPGA濾波流程分析及仿真62-64
• 6.4 光纖測(cè)溫系統(tǒng)的測(cè)試64-71
• 6.4.1 測(cè)溫系統(tǒng)客戶端軟件的設(shè)計(jì)65-68
• 6.4.2 數(shù)據(jù)庫(kù)的配置68-69
• 6.4.3 系統(tǒng)的界面設(shè)置69
• 6.4.4 實(shí)驗(yàn)對(duì)比測(cè)試69-71
• 6.5 本章小結(jié)71-72
• 第七章 總結(jié)與展望72-73
• 參考文獻(xiàn)73-76
• 附錄一：插圖清單76-79
• 附錄二：插表清單79-80
• 致謝80

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本文編號(hào)：672003