Введение 14
1 Обзор литературы 16
2 Объект и методы исследования 20
2.1 Конструкция оптического волокна 20
2.2 Типы оптических волокон 21
2.3 Принцип работы оптического датчика 22
2.4 Типы оптоволоконные датчиков 24
2.4.1 Точечные оптоволоконные датчики 24
2.4.2 Распределенные оптоволоконные датчики 26
2.5 Волоконные брэгговские решетки 31
2.6 Датчик ВБР 33
2.7 Преимущества волоконно-оптических датчиков 36
3 Расчеты и аналитика 38
3.1 Анализ методов обработки оптического сигнала 38
3.1.1 Проблемы дискретизации при оптическом измерении 40
3.1.2 Метод оптической временной рефлектометрии 44
3.1.3 Многократное усреднение оптического сигнала 47
3.1.4 Кодирование оптических импульсов 49
3.1.5 Сравнение методов симплекс-кодирования и усреднения сигнала 54
3.2 Программная обработка сигнала 56
3.2.1 Цифровая обработка и статистическая обработка данных до ^
кодирования
3.2.2 Цифровая обработка и статистическая обработка данных после ^
кодирования
3.3 Экспериментальное подтверждение зависимости температурного и ^ пространственного разрешения от уровня шума
4 Финансовый менеджмент, ресурс эффективность и ресурсосбережение 71
4. 1 Определение себестоимости методики обработки результатов измерения 71 в распределенных сенсорных линиях
4.1.1 Расчет материальных затрат 72
4.1.2 Затраты по основной заработной плате исполнителей темы 72
4.1.3 Затраты по дополнительной заработной плате 78
4.1.4 Отчисления во внебюджетные фонды 78
4.1.5 Расчет затрат на электроэнергию 79
4.1.6 Расчет амортизационных расходов 80
4.1.7 Накладные расходы 80
4.1.8 Полная смета затрат на выполнение разработки 81
4.2 Оценка экономического эффекта от внедрения разработки 82
5 Социальная ответственность 84
5.1 Техногенная безопасность 84
5.2 Региональная безопасность 91
5.3 Организационные мероприятия обеспечения безопасности 92
5.4 Особенности законодательного регулирования проектных решений 94
5.5 Пожарная безопасность 97
5.6 Влияние применения оптоволоконных сенсорных систем на экологию и 100 охрану труда
Заключение 102
Список публикаций 104
Список использованных источников 105
Приложение А 112
Целый ряд современных методик мониторинга состояния различных объектов и материалов использует в качестве основного чувствительного элемента волоконный световод. Несмотря на относительно высокую стоимость измерительного оборудования, данные методы измерения получают все большее распространение благодаря ряду преимуществ перед электромеханическими сенсорами. Поэтому волоконно-оптические сенсоры, находят коммерческое применение. Но масштабы практического применения волоконных сенсорных систем ограничены достаточно высокой ценой оптоэлектронного устройства опроса волоконных датчиков. С этой точки зрения создание новых эффективных и недорогих устройств является актуальной и важной задачей.
При сравнении различных типов датчиков можно сделать вывод о том, что для отраслей, связанных с горючими и взрывоопасными материалами, например, угледобычи, нефтедобычи и газодобычи, для использования в системах пожарной сигнализации различных сооружений распределенные волоконные сенсоры незаменимы. Подобные датчики позволяют измерять различных параметры несколько параметров (температуру, давление, деформация) одновременно, используя при этом один чувствительный световод и один измерительный канал.
Целью работы заключается повышение точностных характеристик оптоволоконного устройства измерения температуры с помощью кодирования сигнала с применением матриц Адамара и фильтрации сигнала.
Объектом исследования в данной работе является распределенный оптоволоконный датчик измерения температуры.
В данной работе была применена компьютерная обработка данных в программной среде National Instruments LabVIEW для повышения точности измерения температуры путем фильтрации сигнала, и теоретическое
обоснование преимущества метода кодирование оптического сигнала с использованием матриц Адамара.
Предложенный способ обработки компонентов комбинационного рассеяния, характеризующим измеряемую оптоволоконным датчиком температуру, необходим для усовершенствования существующих методов и приборов контроля температуры в опасных техногенных объектах, повышения их эффективности и снижения риска возникновения аварийных ситуаций.
Процесс выполнения данной работы состоял из нескольких основных стадий. На первой стадии был изучен объект исследования - оптоволоконный датчик измерения температуры, его типы, преимущества и основные характеристики. На втором этапе были проанализированы два метода обработки сигнала, получаемого с оптоволоконного датчика. Теоретически доказано преимущества метода кодирования, с использование матриц Адамара для подавления шума при оптическом измерении. На третьей стадии с помощью графической среды программирования LabVIEW было проведено сравнение статистических характеристик и визуального представления сигнала до и после кодирования, также была применена фильтрация с использованием медианного фильтра для устранения резких выбросов в экспериментальных данных.
Основываясь на полученных теоретических и экспериментальных данных можно сделать несколько основных выводов: кодирование данных является простым и эффективным способом повышения соотношения сигнал-шум при оптоволоконном измерении, а применение фильтрации помогает устранить выбросы и достичь еще более высокого пространственного и температурного разрешение в измерителях температуры такого рода.
Так же расчет статистических характеристик таких как среднее арифметическое и медианы, показал, что оценивание данных через медианную оценку более точно нежели через среднее арифметическое, т.е. когда в вариационном ряду есть отдельные члены, которые намного больше или меньше остальных, а объём совокупности невелик то медианна оценка более устойчива к выбросам и тем самым не привносит в результат измерения дополнительную ошибку.
Разработанный алгоритм обработки данных получаемых с устройства опроса оптоволоконного датчика температуры универсален для применения к оптоволоконным датчика температуры, не требует специального аппаратного обеспечения и дополнительных денежных затрат.
