随着工业领域对加工环境条件要求的提高,长距离、大范围、适应恶劣环境的分布式光纤温度传感器的应用也愈发广泛。但是当光纤所处环境中的物理量(如温度,应力等)发生变化时,系统的测温值会产生较大误差,因此需要对系统的测温精度进行提升。而目前的精度提升研究在温度解调方法上大多忽略Stokes与Anti-Stokes光的衰减系数差异,导致最终的温度解调结果误差较大;此外,在解调方法上也只研究了 Stokes与Anti-Stokes光的本质损耗或附加损耗带来的差异问题,无法做到两者兼顾,导致影响系统的测温精度。针对以上问题,文章针对传感系统的测温精度,从传统的温度解调法出发,建立了 Stokes与Anti-Stokes光衰减差的数学模型,利用衰减差拟合方程改进温度解调法,并在此基础之上消除瑞利噪声,再比较多阶拟合方程对测温精度的提升效果以获取最优拟合阶次,利用最优拟合阶次实现了测温精度的提升。论文主要内容如下:首先,研究了分布式光纤拉曼测温系统的传感机理和理论模型,在测温精度、空间分辨率、测温距离、时间分辨率和空间定位精度几个主要指标中,以系统测温精度为研究对象,结合Stokes与Anti-Stokes光的衰减特性,通过传感光纤的环形测温机制,建立Stokes与Anti-Stokes光衰减系数差数学模型。其次,搭建分布式光纤拉曼测温系统,设置了传感光纤的环形测温机制;利用实验平台温度测量结果和衰减系数差数学模型获取衰减差的拟合方程;在改进的解调方法上建立求解瑞利噪声的数学模型,通过实验平台的信号值及温度解调值获取系统中的瑞利噪声,在改进的温度解调模型上将瑞利噪声消除,实现温度的自修正;实验结果表明,温度范围处于30℃～90℃时,以引入衰减差的温度解调法为基础消除瑞利噪声使得温度误差降低了7.22℃,验证了改进温度解调法的可行性。然后,将衰减差的各阶拟合数学模型引入改进的解调法中,获取了引入各阶拟合结果的改进温度解调法在消除瑞利噪声后的温度误差,通过比较温度误差得出各阶拟合模型中的最优模型,最优模型对应的阶次为一阶,并利用最优拟合阶次降低了参考段光纤的附加损耗为测温段光纤带来的测温附加误差,实验结果表明,在最优拟合阶次下改进温度解调法能够将温度精度提升至0.90℃。最后,搭建了煤矿采空区简易三维模型,以块状生石灰与水蒸汽的放热反应模拟采空区遗煤的氧化反应,利用工业温度计实时监控块状生石灰堆的温度变化,分析探究了系统在多变温度环境下的测温效果。通过模拟实验的结果验证分布式光纤拉曼测温系统在工程中的适用性以及引入一阶拟合衰减差的改进温度解调法在多变温度下的可行性。图 [32] 表 [0] 参 [81]