基于拉曼散射分布式光纤测温系统关键技术研究

发布时间：2025-04-15 05:49

　　分布式光纤传感系统是一种新型传感技术,可以实时探测光纤沿线空间的物理量变化情况,相比传统传感系统具有其独特的优势。分布式光纤温度传感系统具有抗电磁干扰、探测距离广、可靠性高等特点,在输油管道、智能电网、地铁隧道等应用领域,具有很好的实用和经济价值。现有拉曼测温系统中由于其探测电路转换速度和带宽的不足限制了整体的空间分辨率;这些系统大多在通用采集卡上采集数据,再由上位机完成去噪、解调等处理,这种技术路线上采样和数据处理速度的不足是造成系统的实时性差的主要原因。针对以上问题,本文对系统中各模块的关键技术进行了研究,设计了一套分布式光纤温度传感系统,实现了传感光纤沿线温度的分布式测量和实时显示。首先从散射原理和自发拉曼散射的温度效应出发,详细阐述了拉曼测温系统的工作机理和定位原理。然后结合铟镓砷雪崩光电二极管和集成运放开发了低噪声、高增益、大带宽的光电探测电路。最后针对信号及其噪声特点,采用线性累加平均算法,利用高速数据采集卡和FPGA开发平台,设计了“硬采集、硬处理”的高速信号采集与处理模块。实验数据表明,系统在两千米的探测距离内,可以达到空间分辨率1m,测温精度±0.5℃的技术指标,并且其...

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图4.2APD光电二极管实物图及其典型响应曲线

铟镓砷材料温度系数较小，工作电压容易满足（约40V⁶0V）且倍增噪声低于锗材料。因此，本文设计中选择铟镓砷型APD用于光电转换。基于上述APD特性参数、材料及系统技术指标的考虑，本设计采用北京敏光科技有限公司的铟镓砷型雪崩光电二极管作为光电探测器件....

图4.3光电转换电路的三种设计方法

（a）方法1（b）方法2（c）方法3图4.3光电转换电路的三种设计方法图4.3中（a）利用负载电阻LR直接将雪崩二极管中光电转换产生的光电流pI转换为电压信号，输出电压值为二者的乘积opLU=I×R。这种电路结构简单，但是负载电阻的改变会影响A....

图4.4放大电路设计原理图

式中ICMC是共模输入电容，IDIFFC是差分输入电容，DC是光电二极管电容，PC是反相输入端的寄生电容，均可通过查阅二极管和运放的数据手册获得。这个（4.11）中表示的等效电容引起的噪声增益的零点可以被补偿电容在噪声增益的电路特性曲线上产生的一个极点抵消。4.2.2放....

图4.5探测电路板实物图

2R相同，3R与4R相等大小都为R，1C与2C相等大小都为C，该电路传递函数可以示为22221OUTINVVωRC=（4.13）中INV、OUTV分别为图4.4的（b）中IN和OUT端口电压；ω为截止频率。采用多个跨阻放大器级联的方式....

本文编号：4040174