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

摘要

空间分辨率是表征分布式光纤温度传感器(DTS)沿光纤长度分布对温度进行准确测温所需要的最小光纤分布长度,是区别于传统温度传感器的重要性能指标。由于系统空间分辨率会对测温精度产生影响,因此本文主要就系统空间分辨率对测温精度的影响进行研究。
　　在分析DTS系统性能特点的基础上,对国内外学者的研究进展进行了综述。由于DTS系统空间分辨率对测温精度的影响较大,分布式光纤温度传感器尚未纳入温度量值传递体系,因此研究空间分辨率的测量方法及其对测温精度的影响是制定校准规范的基础之一。
　　光纤上同时存在数千个测温点,使用传统比较法对系统校准时会产生问题。提出若光纤首端及尾端两处的测温误差满足精度要求,则光纤上其他测温点也都满足测温精度的要求。通过分析空间分辨率的产生机理及影响因素,提出一种检测系统实际空间分辨率的方法,并分析了在同一测温点,不同光纤长度对测温精度的影响情况。
　　设计开发校准DTS系统用的硬件和软件。分别设计开发了光纤缠绕装置及光纤环集成固定平台两款校准专用机械结构,申请了三项实用新型专利并获得授权,解决了实验时光纤绕取困难,标准器与光纤位置距离过大引起实验误差等问题。
　　为解决校准过程中批量处理实验数据的问题,设计了一种专用软件,基于ADO.NET技术与SQL-Server数据库技术,实现了实验数据的批量处理。所设计的专用软件能自动生成检定报告,提高实验数据处理的效率。
　　通过反复实验得到以下结论:(1)若光纤首尾两个空间点的测温误差在允许范围内,则光纤上其他测温点满足测温精度的要求。(2)若分别选取小于、等于、大于系统标称的空间分辨率长度的光纤进行测温精度实验,可给出系统实际空间分辨率及不同光纤长度对测温精度的影响。(3)针对实际空间分辨率未达到系统标称大小的情况,给出了一种通过数据拟合进行补偿,从而提高其测温精度的方法。(4)给出分布式光纤温度传感器不确定度的计算方法。
　　根据实验结果,按ITS-90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。

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1. 绪论

1.1 分布式光纤温度传感器发展现状与校准难题

1.2 温度量传体系与系统校准

1.3 国内外研究现状

1.4 研究内容及技术路线

2. 空间分辨率对测温精度影响

2.1 分布式光纤温度传感器（DTS）测温原理

2.2 空间分辨率产生原理及影响因素

2.3 空间分辨率对测温精度的影响

2.4 小结

3. 分布式光纤温度传感器校准硬件系统开发

3.1 校准专用装置设计

3.2 校准系统硬件选型

3.3 小结

4. 校准系统软件设计

4.1 系统自带测温软件

4.2 软件设计要点

4.3 软件功能实现

4.4 小结

5. 实验与不确定度分析

5.1 测温精度实验

5.2 空间分辨率实验

5.3 实验不确定度分析

5.4 小结

6. 结论与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

附录A 分布式光纤温度传感器校准规范草案

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