本文關鍵詞： 分布式光纖溫度傳感系統(tǒng) 空間分辨率 測溫準確度 火源定位 位置校準　出處：《中國科學技術大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：分布式光纖溫度傳感(DistributedTemperature Sensor,DTS)是一種對沿光纖方向溫度場分布進行實時連續(xù)測量的技術,被廣泛應用于倉儲、油氣管道等大型基礎工程設施的安全健康監(jiān)測中。DTS系統(tǒng)主要基于拉曼散射的溫度效應進行溫度測量,結合光時域反射(Optical Time Domain Reflectometer,OTDR)技術對光纖各點的位置實現(xiàn)定位,從而得到光纖沿線的各點的溫度信息�；馂念A警技術,作為安全健康監(jiān)控技術的重要組成部分,為火災的早期發(fā)現(xiàn)提供了有力的保障,能夠有效避免火災的災難性后果。論文針對DTS系統(tǒng)的性能優(yōu)化方法和基于DTS系統(tǒng)的火源定位方法進行了深入研究,主要包括以下幾個方面的內(nèi)容:首先,敘述了 DTS系統(tǒng)中拉曼散射原理和實現(xiàn)溫度定位的OTDR技術原理,并分析比較了 DTS系統(tǒng)的三種溫度解調(diào)方法。其次,搭建了 DTS實驗系統(tǒng),分析了系統(tǒng)的性能指標;針對空間分辨率影響測溫誤差的問題,提出線性擬合法將系統(tǒng)的空間分辨率從5m提高到1m,有效地減小了溫度測量誤差。使用環(huán)形結構的DTS系統(tǒng)消除了斯托克斯拉曼散射光和反斯托克斯拉曼散射光的衰減系數(shù)不同的影響,針對波分復用器隔離度不足引起的拉曼散射光中含有部分瑞利噪聲的問題,通過預先標定的方法扣除瑞利噪聲來解調(diào)溫度,有效地提高了系統(tǒng)的測溫準確度。最后,基于封閉空間內(nèi)的溫度場分布特點,結合傳感光纖容易布線,可長距離溫度實時測量的優(yōu)點,提出了雙光纖平行結構和垂直結構的火源定位方法。針對雙光纖平行結構火源位置坐標誤差較大的問題,提出采用滑動平均的方法在一定程度上減小了火源位置坐標的誤差;為實現(xiàn)火源定位的可視化,提出了分區(qū)域計數(shù)法,結合三次樣條插值,有效地減少了火源定位需要的時間。雙光纖垂直結構火源定位方法比較簡單,容易操作。提出了溫度曲線滑動平均法和峰值半寬度法修正了由不平坦隔熱頂板引起的火源定位偏差,實現(xiàn)了快速準確的火源定位。
[Abstract]:Distributed temperature Sensor DTS (distributed temperature Sensor) is a real-time and continuous measurement technique for the temperature field along the fiber. DTS system is widely used in the safety and health monitoring of large-scale infrastructure such as storage, oil and gas pipeline and so on. The temperature measurement is mainly based on the temperature effect of Raman scattering. Combined with optical time domain reflectance (OTDR) technique, the position of each point of optical fiber can be located. As an important part of the safety and health monitoring technology, the temperature information of each point along the optical fiber and the fire warning technology provide a powerful guarantee for the early detection of the fire. It can effectively avoid the catastrophic consequences of fire. This paper focuses on the performance optimization method of DTS system and the fire source location method based on DTS system. It mainly includes the following aspects: firstly, the principle of Raman scattering in DTS system and the principle of OTDR technology to realize temperature localization are described. Three temperature demodulation methods of DTS system are analyzed and compared. Secondly, the DTS experimental system is built and the performance index of the system is analyzed. Aiming at the problem that spatial resolution affects the error of temperature measurement, a linear fitting method is proposed to improve the spatial resolution of the system from 5m to 1m. The error of temperature measurement is reduced effectively. The influence of different attenuation coefficients of Stokes Raman scattering light and anti Stokes Raman scattering light is eliminated by using DTS system with annular structure. In order to solve the problem of Rayleigh noise in Raman scattering light caused by insufficient isolation of wavelength division multiplexer (WDM), the Rayleigh noise is deducted from Rayleigh noise to demodulate the temperature by pre-calibration. The accuracy of temperature measurement is improved effectively. Finally, based on the distribution of temperature field in closed space, the sensor fiber is easy to be wired and can be measured in real time over long distance. In this paper, the fire source location method for parallel and vertical structures of double optical fiber is proposed, aiming at the problem that the coordinate error of fire source in parallel structure of double optical fiber is large. The method of moving average is used to reduce the error of fire source coordinate to some extent. In order to realize the visualization of fire source location, a method of area counting is proposed, which combines cubic spline interpolation to effectively reduce the time required for fire source location. The method of fire source location with double fiber vertical structure is relatively simple. The temperature curve moving average method and the peak half width method are put forward to correct the fire source location deviation caused by uneven heat insulation roof, and the fast and accurate fire source location is realized.
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP212

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