分布式拉曼測(cè)溫儀噪聲抑制研究及人機(jī)交互界面設(shè)計(jì).pdf

1、分布式光纖拉曼溫度傳感技術(shù)與其他電學(xué)傳感技術(shù)及準(zhǔn)分布式傳感技術(shù)相比具有可測(cè)量光纖沿線上任意一點(diǎn)溫度信息的優(yōu)點(diǎn)，目前已被廣泛應(yīng)用于煤氣管道、電力電纜、隧道、大壩等領(lǐng)域的實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)。但由于拉曼散射信號(hào)強(qiáng)度微弱，存在無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離和高測(cè)溫精度的問(wèn)題?；诖吮菊撐奶岢鰞煞N噪聲抑制的方法：首先通過(guò)分析基于雪崩光電二極管（APD）光接收機(jī)的噪聲基底波動(dòng)對(duì)測(cè)溫結(jié)果的影響，提出動(dòng)態(tài)噪聲差分算法準(zhǔn)確獲取實(shí)際的拉曼散射強(qiáng)度，將傳感距離從3 km提升至

2、11.5 km；其次鑒于拉曼測(cè)溫儀采用散射光強(qiáng)度解調(diào)溫度的特點(diǎn)，且小波變換模極大值去噪具有適合提取強(qiáng)度信號(hào)突變點(diǎn)信息且節(jié)省測(cè)量時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)，將此去噪法應(yīng)用于分布式拉曼測(cè)溫儀中，測(cè)溫波動(dòng)減小了4.75℃。同時(shí)基于兩種噪聲抑制算法，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、自動(dòng)定位及參考位置查詢模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、報(bào)警模塊和顯示模塊的綜合設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)了所研制的拉曼測(cè)溫儀的人機(jī)交互界面。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1)通過(guò)分析傳統(tǒng)拉曼測(cè)溫系統(tǒng)的實(shí)

3、驗(yàn)裝置和解調(diào)方法，為了解決拉曼雙路解調(diào)系統(tǒng)存在的兩路不同中心波長(zhǎng)光色散的問(wèn)題和系統(tǒng)要求雪崩光電二極管及放大器嚴(yán)格對(duì)稱(chēng)的問(wèn)題，擬采用拉曼反斯托克斯光自解調(diào)的方式，并研究自解調(diào)的解調(diào)原理及定位原理。
　　2)研究基于雪崩光電二極管的光接收機(jī)的噪聲特性及其對(duì)拉曼測(cè)溫結(jié)果的影響。由于光接收機(jī)的基底噪聲存在6.26 mV的波動(dòng)，且該波動(dòng)將傳感距離限制在3 km。基于此提出動(dòng)態(tài)噪聲差分算法，在保證測(cè)溫精度為0.83℃的前提下，將傳感距離從3

4、km有效提高到11.5 km。
　　3)實(shí)驗(yàn)分析對(duì)比拉曼自解調(diào)和拉曼斯托克斯光解調(diào)反斯托克斯光兩種解調(diào)方法的測(cè)溫結(jié)果。由于拉曼斯托克斯光解調(diào)反斯托克斯光的方法存在色散的問(wèn)題，采用拉曼自解調(diào)方法將測(cè)溫準(zhǔn)確度提高了14.78℃。
　　4)研究小波變換模極大值法的去噪原理和實(shí)現(xiàn)方法，并從實(shí)驗(yàn)中分析小波變換模極大值法的去噪能力。由于小波變換模極大值適合提取強(qiáng)度信號(hào)突變點(diǎn)信息的特性，在光纖末端，采用小波變換模極大值法去噪后的系統(tǒng)測(cè)溫結(jié)

5、果波動(dòng)的峰峰值由5.98℃降為1.23℃。
　　5)搭建基于拉曼散射的分布式光纖溫度傳感實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。將動(dòng)態(tài)噪聲差分算法、小波模極大值去噪法及自解調(diào)方法應(yīng)用于該系統(tǒng)中。在11.5 km的傳感距離上獲得了1.58℃的測(cè)溫精度、1.66℃的測(cè)溫波動(dòng)和2.1 m的空間分辨率。
　　6)設(shè)計(jì)基于拉曼散射的分布式光纖測(cè)溫儀的人機(jī)交互界面。該界面可實(shí)現(xiàn)采集卡控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及調(diào)用、參考位置自動(dòng)尋找、小波變換模極大值去噪、動(dòng)態(tài)噪聲基底提取及實(shí)際