分布式光纖拉曼溫度傳感數(shù)據(jù)采集與處理研究
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【摘要】:燃?xì)夤艿雷鳛槿細(xì)庵匾倪\(yùn)輸介質(zhì),在人們的日常生活中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用,隨著管道使用年限的加長(zhǎng)以及由于管道深埋于地底所造成的檢修不便,燃?xì)夤艿佬孤⿹p害人民生命財(cái)產(chǎn)安全的事故時(shí)常發(fā)生。因此,對(duì)燃?xì)夤艿肋M(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè),盡早識(shí)別并能迅速準(zhǔn)確定位管道泄漏是保障燃?xì)夤艿腊踩\(yùn)行所迫切需要解決的問(wèn)題。相比于傳統(tǒng)的燃?xì)夤艿佬孤z測(cè)方法,例如介質(zhì)檢測(cè)法、管壁參數(shù)檢測(cè)法、基于聲學(xué)原理的檢測(cè)法等,基于分布式光纖拉曼溫度傳感的檢測(cè)法因其能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)距離、分布式、快速實(shí)時(shí)檢測(cè),且所用傳感光纖具有本質(zhì)安全,抗電磁干擾,便于鋪設(shè)等優(yōu)點(diǎn)為燃?xì)夤艿佬孤┑臋z測(cè)提供了新的思路。當(dāng)燃?xì)夤艿腊l(fā)生泄漏時(shí),在管道泄漏點(diǎn)周?chē)l(fā)生急劇的溫度變化,這種溫度的變化會(huì)使鋪設(shè)于管道周邊光纖中散射光的光強(qiáng)發(fā)生變化,即發(fā)生后向拉曼散射溫度效應(yīng)。通過(guò)實(shí)時(shí)探測(cè)光纖中這種光強(qiáng)的變化來(lái)進(jìn)行溫度的精確測(cè)量,并通過(guò)光時(shí)域反射技術(shù)進(jìn)行燃?xì)夤艿佬孤c(diǎn)的準(zhǔn)確定位,以便及時(shí)地采取措施進(jìn)行施工檢修。為此我們開(kāi)展分布式光纖溫度傳感數(shù)據(jù)采集與處理研究,應(yīng)用于燃?xì)夤艿佬孤┑臋z測(cè)。本研究從燃?xì)夤艿佬孤z測(cè)基本理論出發(fā),分析燃?xì)夤艿佬孤⿻r(shí)泄漏點(diǎn)空間場(chǎng)溫度變化特性、后向拉曼散射溫度效應(yīng)以及光時(shí)域反射技術(shù)。進(jìn)行分布式光纖拉曼溫度傳感檢測(cè)系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì),并對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵器件,如脈沖激光器、波分復(fù)用器、光電探測(cè)器、采集卡等進(jìn)行選型分析,對(duì)分布式光纖拉曼溫度信號(hào)的解調(diào)算法進(jìn)行對(duì)比研究及設(shè)計(jì)。完成了基于LabVIEW平臺(tái)的分布式光纖拉曼溫度傳感信號(hào)的采集處理研究,利用FPGA硬件實(shí)時(shí)累加平均技術(shù)實(shí)現(xiàn)了拉曼后向散射微弱信號(hào)的增強(qiáng)采集,提高了系統(tǒng)的信噪比與實(shí)時(shí)性。此外,完成了傳感光纖溫度的自動(dòng)定標(biāo)設(shè)計(jì)、聯(lián)合LabVIEW與MALTLAB小波去噪算法設(shè)計(jì)以及Hermite色散消除算法設(shè)計(jì),并進(jìn)行了基于SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)與TDMS的分布式光纖拉曼溫度信號(hào)的存儲(chǔ)查詢(xún)方案的對(duì)比研究。最后,搭建了基于分布式光纖拉曼溫度傳感系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析,將普通多模光纖作為傳感、傳輸介質(zhì),實(shí)現(xiàn)了10km長(zhǎng)的傳感檢測(cè),±1℃的測(cè)溫精度,±1m的定位精度,1m的空間分辨率以及小于5s的系統(tǒng)測(cè)量時(shí)間。此外,設(shè)計(jì)了基于LabVIEW平臺(tái)的燃?xì)夤艿佬孤z測(cè)上位機(jī)軟件,將制作的傳感樣機(jī)應(yīng)用于模擬燃?xì)夤艿佬孤囟鹊臋z測(cè),具有響應(yīng)準(zhǔn)確,實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn),為實(shí)際項(xiàng)目中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】:太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2017
【分類(lèi)號(hào)】:TE973.6
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,本文編號(hào):1302123
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