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)揮著越來越重要的作用,隨著管道使用年限的加長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害人民生命財產(chǎn)安全的事故時常發(fā)生。因此,對燃?xì)夤艿肋M(jìn)行實時在線檢測,盡早識別并能迅速準(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題。相比于傳統(tǒng)的燃?xì)夤艿佬孤z測方法,例如介質(zhì)檢測法、管壁參數(shù)檢測法、基于聲學(xué)原理的檢測法等,基于分布式光纖拉曼溫度傳感的檢測法因其能夠?qū)崿F(xiàn)長距離、分布式、快速實時檢測,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測提供了新的思路。當(dāng)燃?xì)夤艿腊l(fā)生泄漏時,在管道泄漏點(diǎn)周圍發(fā)生急劇的溫度變化,這種溫度的變化會使鋪設(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)。通過實時探測光纖中這種光強(qiáng)的變化來進(jìn)行溫度的精確測量,并通過光時域反射技術(shù)進(jìn)行燃?xì)夤艿佬孤c(diǎn)的準(zhǔn)確定位,以便及時地采取措施進(jìn)行施工檢修。為此我們開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。本研究從燃?xì)夤艿佬孤z測基本理論出發(fā),分析燃?xì)夤艿佬孤⿻r泄漏點(diǎn)空間場溫度變化特性、后向拉曼散射溫度效應(yīng)以及光時域反射技術(shù)。進(jìn)行分布式光纖拉曼溫度傳感檢測系統(tǒng)方案的設(shè)計,并對系統(tǒng)關(guān)鍵器件,如脈沖激光器、波分復(fù)用器、光電探測器、采集卡等進(jìn)行選型分析,對分布式光纖拉曼溫度信號的解調(diào)算法進(jìn)行對比研究及設(shè)計。完成了基于LabVIEW平臺的分布式光纖拉曼溫度傳感信號的采集處理研究,利用FPGA硬件實時累加平均技術(shù)實現(xiàn)了拉曼后向散射微弱信號的增強(qiáng)采集,提高了系統(tǒng)的信噪比與實時性。此外,完成了傳感光纖溫度的自動定標(biāo)設(shè)計、聯(lián)合LabVIEW與MALTLAB小波去噪算法設(shè)計以及Hermite色散消除算法設(shè)計,并進(jìn)行了基于SQL Server數(shù)據(jù)庫與TDMS的分布式光纖拉曼溫度信號的存儲查詢方案的對比研究。最后,搭建了基于分布式光纖拉曼溫度傳感系統(tǒng)實驗平臺,對系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)進(jìn)行實驗分析,將普通多模光纖作為傳感、傳輸介質(zhì),實現(xiàn)了10km長的傳感檢測,±1℃的測溫精度,±1m的定位精度,1m的空間分辨率以及小于5s的系統(tǒng)測量時間。此外,設(shè)計了基于LabVIEW平臺的燃?xì)夤艿佬孤z測上位機(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,具有響應(yīng)準(zhǔn)確,實時性好的特點(diǎn),為實際項目中的應(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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TE973.6
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，本文編號：1302123
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