拉曼分布式光纖溫度傳感器研究及其空間分辨率的提高.pdf

1、分布式光纖溫度傳感技術(shù)是近年來傳感測量領(lǐng)域的熱門課題之一,該文研究的課題屬于光纖傳感測量領(lǐng)域.在許多特定的環(huán)境場合下,要求同時監(jiān)測大量位置甚至是沿著長距離位置連續(xù)變化的溫度量,此時傳統(tǒng)的點(diǎn)式溫度傳感器無法有效地實(shí)現(xiàn)傳感測量,而分布式光纖溫度傳感技術(shù)則恰好提供了可行的新手段.該文在分析和研究拉曼分布式光纖溫度傳感器測量原理的基礎(chǔ)上,以系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)要求和信號光功率的大小為基準(zhǔn),完成了拉曼分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計,并在此基礎(chǔ)上

2、成功地開發(fā)出了一套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),從而順利地完成了現(xiàn)階段的溫度傳感實(shí)驗(yàn)任務(wù).在該系統(tǒng)中,通過采用新的溫度信號解調(diào)方法,使系統(tǒng)的信噪比獲得提高的同時,還提高了系統(tǒng)的測溫靈敏度.系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)是進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的基準(zhǔn),該文在對系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)深入分析的基礎(chǔ)上,得出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計上必須注意的問題及解決方案.空間分辨率描述了傳感系統(tǒng)分布式測量的程度,好的分布式光纖傳感器必然要求高的空間分辨率.而高空間分辨率與信號光功率又是一對明顯的矛盾,因此至今

3、所報道的該類系統(tǒng)中,空間分辨率最高只能達(dá)到2m,而這一指標(biāo)在許多場合并不能滿足要求.因此,該文的研究重點(diǎn)便是提高系統(tǒng)的空間分辨率的方法與實(shí)現(xiàn).深入分析的結(jié)果表明,系統(tǒng)空間分辨率雖然是由三個時間常數(shù)確定,然而真正決定系統(tǒng)空間分辨率高低的是信號光功率的大小.要想提高系統(tǒng)的空間分辨率,就必須以犧牲信號光功率為代價,同時光探測器的響應(yīng)時間和A/D采樣卡的采樣速率也必須滿足一定的條件.改善信噪比是提高系統(tǒng)空間分辨率最根本的辦法.該系統(tǒng)通過采用高隔

4、離度光濾波器使背景光噪聲得到最大程度的抑制,同時采用低噪聲前放和三級低噪聲主放大電路使放大電路的噪聲也得到最大程度的減小,從而大大改善了系統(tǒng)的信噪比.另一方面,系統(tǒng)中通過軟硬件結(jié)合的方法,大大提高了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性,保證了系統(tǒng)工作的可靠性.現(xiàn)有系統(tǒng)采用輸出脈沖功率180mW的激光器和PIN光電二極管,在此基礎(chǔ)上在5km的傳感光纖上實(shí)現(xiàn)了空間分辨率10m的溫度傳感測量.這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果離1m的空間分辨率目標(biāo)還有一定距離,但通過采用EDFA光纖