分布式光纤振动温度融合传感技术研究

• 作 者: 田莉
• 出 处: 安徽师范大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 光纤传感 振动 温度 定位

随着社会的不断发展,人们对传感器的需求日益增长。光纤传感器具有体积小、灵敏度高、抗电磁干扰强以及耐腐蚀性强等优点,在能源、医疗、国防和大型基础设施领域得到广泛的应用,已逐步替代传统的传感器成为工业领域的主流传感器之一。本文基于相位敏感型分布式光纤振动传感原理,采用波分复用技术,在同一根传感光纤上实现了振动和温度同时监测。文章主要从实验原理、系统设计和实验验证等方面展开研究。研究光纤传感背景及关键技术,分析了几种常见的分布式光纤振动传感器和分布式光纤温度传感器的结构和研究现状。重点研究了光纤中的后向散射理论,深入探讨了?-OTDR光纤振动传感定位技术及拉曼后向散射测温解调技术。在此基础上,设计了分布式光纤振动温度融合传感装置。该装置主要包括激光器、声光调制器、掺铒光纤放大器、环形器、波分复用器、传感光纤、光电探测器和数据处理模块。对各个模块的参数进行分析和优化,确定了系统的参数设置。设计了信号处理流程,设计采用滑动平均、滑动差值算法处理振动信号,实现对振动定位和提取。编写累加平均、温度补偿、温度标定算法,对温度信号进行处理,实现温度信号的解调和标定。搭建了分布式光纤振动温度融合型传感实验装置,在传感光纤上设置了1个40米的振动传感单元和3个40米的温度传感单元。振动实验时,音频播放器在振动传感单元位置处播放纯净语音数据(从TIMIT数据库下载)作为振动源,并对采集到的数据进行算法处理。实验结果表明,系统能很好地探测到振动信号,定位精度可达25米。温度实验时,采用恒温水槽对传感光纤进行加热,分别进行了单个温度传感单元实验、两个温度传感单元实验和三个温度传感单元实验。温度实验结果表明,系统能准确进行温度测量,测温精度为?1℃。