算方法。根据实验结果，按温标温度量传体系和国家计量校准规范编写规则，编写了分布式光纤温度传感器的校准规范草案。万方数据关键词分布式光纤温度传感器空间分辨率测温精度校准分类号万方数据光纤温度传感器通用规范是项年由信息产业部电子四所编写的军用标准，其中引用了多项军用设备环境试验方法的校准方法，并且提出要对光纤温度传感器作准确度重复性校准测量灵敏度等性能指标进行测试，但没有提出具体的检测方法。中国计量学院的张小丽发现选取不同校准基准点会引起系统测温误差的变化，因此提出校准时需要选定个校准基准点进行实验，并提出种提高系统测温精度的方法。邵嫄琴在分布式光纤温度传感器校准中参考温度的研究中提出系统参考温度的大小及内部温度传感器的测温精度会影响整个分布式测温系统的测温精度，设计了种提高参考温度测量精度的装置，分析了参考温度测量精度对系统测温精度的影响，并得出结论在校准时需要保证环境温度在至之间，且参考温度的误差保持在之内，能提高整个系统的测温精度。在国内生产分布式光纤温度传感器的厂家，在传感器出厂时需要对系统进行标定。首先，在计算机内部有段光纤长度约为至，该段光纤测得的温度和光强比作为系统测温的参考，该区间光纤的实际温度由其他温度传感器例如获取。其次，在之后的光纤中任取段数十米的光纤放入恒温槽中，在量程内的不同温度点测试系统，调整系统参数，并对测试结果进行线性拟合，从而达到标定的目的，具体标定方法在下章中将作详细介绍。在计量校准体系中，标定的步骤般为将传感器量程均分成若干点依照传感器量程分点情况，由小到大逐点递加输入标准量值，并记录与各点输入值相对应的输出值将输入量值由大到小逐点递减，同时记录下与各点输入值相对应的万方数据中国计量学院硕士学位论文输出值按上述步骤所述过程，对传感器进行正反行程往复循环多次般为次测试，将得到的输出输入测试数据用表格列出或画成曲线对测试数据进行处理。输入已知标准非电量，测出传感器的输出，给出标定曲线标定方程和标定常数，计算灵敏度线性度滞差重复性等静态特性指标。因此，该标定方法存在以下几点不足采集定标光纤区的温度未采用标准温度计，因此不能作为量值传递的依据每次只测试定标光纤区内光纤的个温度点，没有做到量程内的多个温度点的测试该方法只标定至两个空间点，没有检测光纤上剩余几千个空间点的测温性能。空间分辨率是分布式光纤温度传感器区别于传统温度传感器的项性能指标，与系统测温精度密切相关，是沿光纤长度分布对温度进行准确测所需要的最小光纤分布长度。因此，在研究分布式光纤温度传感器的校准方法时需要对空间分辨率的检测及校准方法进行研究。目前，厂家对产品做出厂检测时，对空间分辨率检测的般方法为将系统标称的空间分辨率长度的光纤放入恒温槽中将恒温槽调整到温度点，例如待水槽稳定后，使用分布式光纤温度传感器进行测温，若测温结果符合其测温精度的指标，则说明空间分辨率达到要求。该方法存在三个缺陷对光纤上除测试点外的其他位置的空间分辨率指标的情况没作说明没有考虑到系统实际空间分辨率对测温精度的影响综上所述，目前国内外并没有计量及科研机构出台针对分布式光纤温度传感器的校准规范，特别是缺少针对系统原理中有关“分布式测温的特性”的理论研究及相关实验分析以及“空间分辨率”指标相关原理影响因素检测方法及补偿方法的研究。所以从校准规范的角度出发，系统在校准中应考虑的问题主要为根据温标的要求，设计分布式光纤温度传感器的校准系统时，万方数据中国计量学院硕士学位论文对硬件选型及方案的设计需要结合量值传递的要求进行研究。由于分布式光纤温度传感器非传统的单点温度传感器，而实现了分布式测温，能够同时测量几千甚至上万个点的温度，所以逐对测温点使用“比较法”进行校准方案不可行，需要通过设计实验方案解决该难题。研究内容及技术路线本文针对分布式光纤温度传感器系统空间分辨率对测温精度的影响进行研究，主要研究内容及技术路线如图所示系统性能特点分析分布式测温，多点测温具有空间分辨率，影响测温精度。系统校准技术难题分布式多点测温特点使比较法无法直接使用空间分辨率对测温精度产生影响。选题空间分辨率对测温精度的影响研究第二章系统空间分辨率理论研究由系统脉冲宽度光电转换效率数据采集效率影响，产生空间分辨率测温点光纤长度与系统实际空间分辨率对测温精度产生影响。第三章校准校准系统开发设计光纤缠绕装置，解决实验时光纤绕取困难的问题设计光纤环集成固定平台，解决“比较法”校准时光纤与标准器距离过远问题。第四章校准软件系统开发系统数据库导入数据格式转换数据挑选动态表格生成报表生成第五章实验结果分析测温点的光纤长度大于等于空间分辨率时将至少存在点能准确测温，能准确测温的点随测温点光纤长度增加而增加测温点的光纤长度小于空间分辨率时，将不能准确测温设置测温点光纤长度以检测实际空间分辨率。设计算法拟合温度曲线，补偿测温精度。第章总结与展望附录校准规范草案图本文研究技术路线万方数据中国计量学院硕士学位论文空间分辨率对测温精度影响根据系统的分布式测温原理，提出检测所有测温点测温精度的实验方法，解决使用传统比较法无法检测光纤上所有测温点测温精度的问题。研究系统空间分辨率的成因影响因素，提出检测实际空间分辨率的实验方法，为校准系统及实验方案的设计提供理论依据。分布式光纤温度传感器测温原理拉曼散射型分布式光纤温度传感器主要由以下几个部分组成传感光纤激光脉冲发射器耦合器滤波器光电转化器信号放大器模数转换元件数据采集卡计算机显示器。系统实物图如所示，硬件组成框图如图所示，图中虚线表示光路。系统的测温原理可描述为由工控机内的脉冲激光光源发出的激光通过耦合器传入到光纤中，光纤中的激光受到温度刺激，发生后向散射，产生斯托克斯光及反斯托克斯光两种散射光向后传回工控机。散射光通过滤波器和光电转换元件将散射光信号转为电信号，电信号通过放大器模数转换器数据采集卡输入计算机进行处理，最后将测温结果显示在计算机屏幕上。由于光及光的光强比是根据所受温度刺激变化而变化的，因此计算机通过两路散射光的光强比来解调温度。图分布式光纤温度传感器实物图万方数据中国计量学院硕士学位论文图分布式光纤温度传感器硬件组成框图光纤的首端连接激光脉冲发射器。由于光纤的首端和尾端存在端面反射，不适于测温，因此按照国际惯例在距首端米处设置定标光纤，光纤的其余部分都能进行分布式测温，在任何点都能感应温度刺激。半导体激光器光电转换器信号分析模块定向耦合器光纤末端点点距离图系统后向散射原理图系统后向散射原理图如图所示。光脉冲在点处注入光纤，并且万方数据中国计量学院硕士学位论文开始计时，在点发生后向散射，点与点距离为，则散射光返回到起始点的距离显然仍为，当散射光被信号返回点时，耗时为，则有式为系统能分辨光纤上不同位置传回信号强度的原理，式中为光纤中的光速为真空中的光速，为光纤内的折射率，约为。拉曼散射理论如图所示，由于光纤分子的热振动，以及激光脉冲在光纤中传输时与光子的相互作用发生能量交换，产生拉曼散射光谱信号。量子理论对拉曼散射的观点是光量子和介质分子发生非弹性碰撞，产生能量的转换和能级的跃迁。非弹性碰撞使处于基态的分子吸收入射光的光子跃迁到个虚设能级上图中虚线，当该分子由虚设能级跃迁至较低的激发态时，就产生个光子频率为∆的斯托克斯光子当处于能级的分子吸收入射的光子跃迁到虚设能级并跃迁回到基态，就产生个光子频率为∆的反斯托克斯光子大量分子与光子非弹性碰撞产生了斯托克斯散射光反斯托克斯散射光。其中为普朗克常数，∆为拉曼声子频率，为入射光子频率。图拉曼散射示意图因此，斯托克斯散射光子频率为反斯托克斯散射光子频率为万方数据硕士学位论文分布式光纤温度传感器空间分辨率对测温精度的影响研究作者徐瀚立导师陈乐学科检测技术与自动化装置中国计量学院二〇四年六月万方数据，万方数据中图分类号学校代码密级公开硕士学位论文分布式光纤温度传感器空间分辨率对测温精度的影响研究作者徐瀚立导师陈乐教授申请学位工学硕士培养单位中国计量学院学科专业检测技术与自动化装置研究方向温度计量校准二〇四年六月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国计量学院或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名签字日期年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解中国计量学院有关保留使用学位论文的规定。特授权中国计量学院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印缩印或扫描等复制手段保存汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。保密的学位论文在解密后适用本授权说明学位论文作者签名导师签名签字日期年月日签字日期年月日万方数据致谢本文将作为标志为我硕士研究生阶段的学习画上句号。在此我要对三年里曾经帮助关心我的人表示感谢。我的导师陈乐教授不仅在学术上给予了我耐心的帮助，还在做人做事的方法上给予了我悉心的教诲。在课题研究上，陈乐教授不断对我的研究内容进行梳理，是我的研究取得令人满意的成果。在陈乐教授的身上我学到了为人做事应该有的严谨态度，无论是从理论研究还是在实验数据处理细节的把握上，都让我深深体会到在科学研究的工作中，严谨二字的价值和重要性，我会将这种精神贯彻到以后的工作学习中去。浙江省在线检测装备校准技术研究重点实验室为我的研究提供了良好的科研氛围，干净整洁的实验场所和齐全的实验设备为我的研究提供了基础。研究所内的孙坚教授谢敏老师富雅琼老师黄艳岩老师都对我的研究工作给予了大量的指导和帮助。特别是谢敏老师，从开题就开始与我起探讨课题进展，使我的研究内容能够顺利完成。另外，我要感谢级的师兄师姐，他们使我更快地融入实验室，更快的进入课题感谢级的同学，良