基于拉曼散射的分布式光纤测温系统的分析研究

基于拉曼散射的分布式光纤测温系统利用光纤作为温度的传导介质,测量沿光纤走向的连续空间的温度场分布。通过高速采集卡采集数据,并将数据进行去掉噪声干扰和累加的处理,得到准确的温度数据。这种系统的实用性是可以对光纤沿线的温度数据实时和定点监控。通过对拉曼散射所产生的斯托克斯光/反斯托克斯光与温度关系的研究,确定分布式光纤测温系统的温度测量方法,对所采集的信号利用小波变换进行去噪声和微弱信号的处理。     

提高分布式温度传感器测温准确度的降噪方法

为了减小拉曼散射光波长相关损耗、光电探测器附加噪声及散射光中的瑞利噪声对分布式光纤温度传感器测温误差的影响,通过分析分布式光纤温度传感系统的解调原理提出了一种反斯托克斯光降噪方法。将光纤按照环形结构铺设,以每次测量的反斯托克斯光信号中菲涅耳反射峰后的基底噪声平均值作为动态本底噪声,利用两段处于不同温度的光纤消除动态本底噪声后的瑞利噪声。反斯托克斯光降噪解调法从原理上避免了参考斯托克斯光引入的测温误差,消除了本底噪声和瑞利噪声导致的测温误差。实验结果表明,修正的分布式光纤温度传感系统的最大测温误差从5.4℃降低到0.6℃,测温准确度有明显提高。     

面向分布式光纤拉曼测温的新型温度解调方法

为提高分布式光纤拉曼测温系统的测量速度和测量准确度,提出了一种自补偿光纤损耗及光纤色散的温度解调方法,并进行了实验验证。该方法对斯托克斯与反斯托克斯后向散射信号进行了损耗修正,避免了测温前对整条传感光纤进行定标处理的过程,减小了系统的运行时间;采用色散补偿平移算法对斯托克斯后向散射信号的位置进行修正,获得了与反斯托克斯后向散射信号相同位置处的斯托克斯后向散射信号的强度,降低了光纤色散对温度解调的影响,提高了系统的测温准确度。实验结果表明,当光纤传感距离为5.8km时,温度波动由9.01℃下降到0.57℃,测温准确度由5.50℃优化至0.87℃。     

LMS算法在分布式光纤测温系统中的应用

信号采集和数据处理是分布式光纤测温系统的核心,信号中的噪声决定了整个系统的测量精度,空间分辨率,采集速度及最终的请求响应时间。通常系统采集到微弱的温度信息的反斯托克斯信号会被完全淹没在噪声中。因此,得到含有温度信息的有用信号就显得尤为重要。文中针对系统中噪声信号的特征,提出一种变步长的最小均方根自适应滤波算法,对拉曼散射的温度信号进行去噪处理并进行Matlab仿真。仿真结果表明,该算法有效提高了去噪的效果,从而可提升整个系统的测量精度,空间分辨率。     

自动测试及其系统

0320715分布式光纤测温系统温度数据的最佳解调方法[刊]/苏国彬//北京航空航天大学学报.—2003,29(4).—374～376(L)分布式光纤测温系统中喇曼散射光是极其微弱的,由滤光片检测出的斯托克斯光和反斯托克斯光分别经过光电变换以及放大后均淹没在噪声之中。研究     

结合小波变换和经验模态分解的拉曼信号去噪研究

在分布式光纤温度传感器(DTS)的系统分析中,所探测到的含有温度信息的后向拉曼散射信号的强度十分微弱,并且所携带的噪声很大,严重影响了测温精度。针对该系统存在的噪声,提出了将小波变换和经验模态分解(EMD)相结合的方法对拉曼信号进行信号处理。实验结果表明:该方法能够有效地去除系统中的噪声,很好地保留了信号的有用部分,系统的信噪比由原来的5.7dB提高到15dB,系统的平均测温误差也由原来的2.8℃降到0.5℃,从而得到更加精确的温度值。     

基于独立成分分析的拉曼光纤温度传感系统去噪算法研究

针对拉曼光纤温度传感系统中拉曼散射信号被噪声 淹没的问题,利用快速独立成分 分析(ICA)法对单模光纤(SMF)中红外激光产生的拉曼散射信号进行去噪处理,并在拉曼散射 信号前端添加一定幅值和 相位的正弦信号,根据正弦信号处理前后幅值和相位的变化校正拉曼散射信号的幅值和相 位,从而完全 恢复拉曼散射信号。在20km SMF拉曼温度传感仿真系统中,拉曼散 射信号的 信噪比(SNR)由14.90dB提高 到20.99dB,提高了6.09dB。结果表明,本 文方法能有效提高拉曼测温系统 的SNR,是一种针对拉曼光纤温度传感系统有效的去噪算法。     

拉曼型分布式光纤温度传感器的自校准解调

稳定性是拉曼型分布式光纤温度传感器在实际应用中面临的主要问题。拉曼型分布式光纤温度传感器一般使用APD雪崩光电探测器作为主探测器,由于APD探测器的雪崩放大过程容易受到环境温度的影响,使得APD探测器增益随环境温度发生变化,即使采用恒温措施也无法完全消除检测电路增益变化的影响。为了消除检测电路增益变化对拉曼型分布式光纤温度传感器常规解调的不良影响,提出了一种自校准解调技术。通过在测温光纤上选取一段标准光纤,利用铂电阻温度计实时测量标准光纤环的实际温度,并利用标准光纤环所对应的反斯托克斯光和斯托克斯光的光强度比值,及时获取并修正传感器的温度系数,抵消增益波动产生的解调误差,提高传感器的长期稳定性。实验结果表明,自校准解调可以消除检测电路增益增大1.6倍时所产生的解调误差,测温均值误差优于1℃。     

光纤喇曼测温系统中APD增益稳定的研究

分布式光纤测温系统采用APD雪崩光电二极管作为接收器件,它的稳定性对后级的信号处理及系统主要技术指标起着决定性的影响.APD的增益受温度波动影响较大.对APD增益进行了分析,针对分布式光纤测温系统中喇曼光信号极微弱和强噪声的特点,设计了一温控系统和一反馈偏压补偿系统.实验证明温控温度波动小于0.1℃,测试输出电压波动小于0.5 mV,完全满足分布式光纤测温系统对APD增益稳定的高要求.     

基于FPGA的分布式拉曼光纤传感系统

提出了一套基于现场可编程门阵列(FPGA)的分布式拉曼光纤传感系统,实现了信号的采集、传输、处理.为了提高系统的信噪比(SNR),提出了基于FPGA的累加迭代平均滤波算法和非线性小波变换阈值去噪法.首先对放大之后的斯托克斯光和反斯托克斯光信号进行累加迭代,然后再平均,经过8000次累加迭代平均之后,系统信噪比提高了36...