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上海交通大学
硕士学位论文
分布式光纤温度传感器的设计和优化
姓名:周正仙
申请学位级别:硕士
专业:电子与通信工程
指导教师:肖石林
20090505
上海交通大学工程硕士学位论文摘要
分布式光纤温度传感器的设计和优化

摘要


分布式光纤传感技术于 20 世纪 70 年代末被提出。近几十年来,
研究了不同机理的分布式温度测量系统,并在多个领域得以逐步应
用。目前这项技术已成为光纤传感器技术中最具前途的技术之一。分
布式光纤温度测量系统能在整条光纤的长度上,以距离的连续函数形
式传感出被测温度随光纤长度方向的变化。
分布式光纤温度传感器中的光纤既是传输介质又是传感介质,它
还具有抗电磁干扰、防燃、尺寸小、对被测温度场的影响小等其它传
感器无法比拟的优点。分布式光纤温度传感器所探测到的含有温度信
息的喇曼后向散射光十分微弱,甚至完全淹没在噪声中。对反斯托克
斯和斯托克斯后向散射光的消除噪声的水平直接关系到整个系统的
测温精度,因此必须采用微弱信号检测技术。本文对分布式光纤温度
传感器进行了较全面的理论分析与实验研究,主要工作如下:
(1)对光纤喇曼散射进行分析,研究喇曼散射与光纤所处环境温度
的关系,进一步确定实际应用中反斯托克斯光与温度的关系,对分布
式光纤温度传感系统的设计具有重要的指导性意义。
(2)从系统信噪比、温度灵敏度和工作稳定性等几个方面综合考虑
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上海交通大学工程硕士学位论文摘要
系统工作的中心波长。
(3)设计了一种性能优越的激光脉冲驱动电路,对激光脉冲的形状、
宽度进行有效的控制,为提高分布式光纤温度传感系统的性能提供了
保障。
(4)针对分布式光纤温度传感系统信号的特点,对系统的各部分的
设计进行分析和研究。
(5)研究了系统的空间分辨率,得出提高空间分辨率的方法。
(6)研究了系统的温度分辨率,得出提高温度分辨率的方法。
(7)研究了系统的稳定性,得出提高系统稳定性的方法。

关键词:光纤传感器,分布式光纤传感器,分布式光纤温度传感器,
光时域反射,喇曼散射,喇曼波分复用
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上海交通大学工程硕士学位论文 Abstract
Design and Optimization of Distributed Optical Fiber
Temperature Sensor

Abstract


The technology of fiber optic distributed sensing was brought
forward in the end of 1970’ then a series of distributed sensing
systems based on different mechanism were studied and used in many
fields gradually. Nowadays, this has been one of the most promising
technologies in fiber optic sensor. The fiber optic distributed temperature
sensor system can sense the change of temperature along the optical fiber
by the form of continuous function of distance.
The fiber used in fiber optic distributed sensor is not only transport
media but also sensing media. It has the characteristics of resistance to
ic interfere, against fire, small size and little effect to
temperature field. The back scattering RAMAN signal with the
information of temperature is quite weak and pletely submerged
in noise. The measurement accuracy of the whole system has relationship
with the denoising level to anti-Stokes and Stoke