分布式光纖拉曼測溫儀溫度和偏壓控制系統(tǒng)設計.pdf

1、2016年12月國家發(fā)改委制訂了《天然氣發(fā)展“十三五”規(guī)劃》和《煤炭工業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，對天然氣的安全輸送和煤礦的安全生產做了進一步的要求，作為達到上述要求的有效手段，分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)被進一步的研究與探索。分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)憑借抗電磁干擾、測量范圍廣、器件成熟、成本低等優(yōu)勢發(fā)展迅速，現(xiàn)已廣泛應用于電力電纜、煤礦生產、地鐵隧道等領域。分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)的后向拉曼散射光強度較弱，需要借助雪崩光電二極管（APD）實現(xiàn)光電轉

2、換，而APD的光電響應因子容易因環(huán)境溫度的波動發(fā)生漂移，嚴重影響系統(tǒng)的測溫準確度。
　　針對上述問題，本文提出了如下解決方案：首先溫度控制系統(tǒng)對 APD的溫度進行控制，減小其溫度波動；其次偏壓控制系統(tǒng)根據(jù)APD的溫度值動態(tài)調節(jié)APD兩端的電壓，穩(wěn)定其光電響應度；最后拉曼測溫系統(tǒng)利用定標光纖測得APD光電響應度的波動，并對溫度測量結果予以校正?；谠摲桨副疚脑O計了溫度控制系統(tǒng)和偏壓控制系統(tǒng)，并將兩者成功應用于分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)，

3、經實驗測試，降低了0.4℃的測溫誤差。本文的主要研究內容如下：
　?。?）理論分析了 APD光電響應因子的溫漂對分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)測溫結果的影響，提出了利用溫度和偏壓控制系統(tǒng)及定標光纖提升系統(tǒng)測溫準確度的解決方案。
　?。?）本文中，定標光纖和 APD溫度穩(wěn)定度的要求分別為±0.1℃和±0.01℃，依據(jù)要求的不同，設計了具有嵌套結構的雙層恒溫箱，內層放置APD，外層放置定標光纖，在達到要求的同時，具備更小的體積。

4、　?。?）提出了上下位機的溫度控制模式，上位機顯示溫度數(shù)據(jù)和響應用戶的指令，下位機根據(jù)溫度設定值，調整TEC的功率實現(xiàn)對恒溫箱內溫度的控制。通過軟硬件和控制算法的設計最終實現(xiàn)了恒溫箱內層±0.005℃，外層±0.1℃的溫度波動。
　?。?）基于溫度控制的效果，設計了基于下位機控制的 APD偏壓控制系統(tǒng)，輸出紋波電壓3mV，且可以通過電阻搭配實現(xiàn)30--45V的寬范圍或0.015mV的小步進偏壓輸出。
　?。?）集成了溫度和偏