分布式光纤传感器解调技术的研究

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1、西南交通大学硕士学位论文分布式光纤传感器解调技术的研究姓名：任中耀申请学位级别：硕士专业：信号与信息处理指导教师：潘炜20100601西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要分布式光纤传感技术在分布式多点温度、压力等测量领域有着举足轻重的地位，它不仅能克服传统传感器对环境要求较高的限制，还能避免传统传感器多点安装所带来的不便。为了满足工程应用的需要，分布式光纤传感技术逐渐在特殊的测量领域中得到应用，并朝着高精度、低成本、高可靠性、实时性等方向发展。本文从温度和应变同时解调的分析以及光纤温度传感器数据采集与信号处理板卡设计两个方面对传感信号处

2、理进行研究。首先，通过比较温度和应变同时存在时对两者解调的各种检测方案，总结并分析一种基于微波电光调制的自发布里渊散射外差检测系统。其次，以TMS320VC5416型号数字信号处理(DSP)芯片为核心器件，设计分布式光纤温度传感器数据采集与信号处理板卡中嵌入式软件部分，主要包括板卡接收准备的控制、信号处理子程序与串口通信子程序，完成信号接收、降噪、解调以及与电脑(PC)通信。最后，将嵌入式软件应用于合作开发的数据采集与信号处理板卡，对分布式光纤温度传感信号进行大量的测试、数据分析，通过参考理论解调系数，结合实验所得数据进行解调参数调整，获得

3、一组最佳参数，并讨论降噪效果与解调精度的关系。研究结果表明：第一，基于微波电光调制的自发布里渊散射外差检测系统在温度和应变同时作用于传感光纤时，拟合所得解调系数与己报道的实验数据一致，对温度和应变的解调精度分别为1oC和100雌。第二，采用CCS3．3软件设计的控制板卡接收准备子程序、数据接收子程序、数据降噪处理子程序、温度解调子程序和PC机串行通信子程序分别运行正确。第三，将嵌入式软件与硬件结合，DSP能够控制系统进入连续接收状态，并实现了基于拉曼效应的分布式温度传感信号接收、降噪、解调以及输出到PC机显示的整个流程，分析得到系统最佳解调

4、精度为3oC。关键词：分布式光纤传感器；自发布里渊散射；温度；应变；微波电光调制；TMS320VC5416；相干外差检测西南交通大学硕士研究生学位论文第1l页AbstractDistributedopticalfibersensingtechnologyplaysasignificantroleindistributedmulti-pointtemperatureandpressuremeasurementforitscharacteristicsofremovingtherequirementforalowerenvironmentdis

5、turbintraditionalsensorsandavoidingtheconstructioninconvenienceformulti—pointinstallationoftraditionalsensors．Tosatisfytheneedsofengineeringapplications，distributedopticalfibersensingtechnologyhasreceivedincreasinglyinterestsinthespecificareasofmeasurementwithadevelopmentf

6、ollowingthedirectionofhigh-precision，low—cost，highreliability,andrealtimes．Thesimultaneouslydemodulationtechnologyofthetemperatureandstrainaswellasthedataacquisitionoffibertemperaturesensoranditssignalprocessingsystemdesignarestudiedforthesensingdetectionsysteminthisarticl

7、e．Firstly,amicrowaveelectro—opticalmodulationbasedspontaneousBrillouinscatteringheterodynedetectionsystemisproposedandanalyzedbycomparingthedemodulationschemesoftemperatureandstrainwhentheycoexistatthesametime．Secondly,thisdissertationdesigntheembeddedsoftwarecomponentsint

8、hedataacquisitionboardandsignalprocessingboardofadistributedopticalfibertemperaturesensor