基于分布式光纤传感技术的炼铁设施温度监测系统研究

作     者：牛洋洋 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邓明;尹国路

授予年度：2022年

学科分类：080602[工学-钢铁冶金] 08[工学] 0806[工学-冶金工程] 080202[工学-机械电子工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：分布式光纤温度传感 差分脉冲对布里渊时域分析仪 光频域反射计 高炉炉缸 主铁沟 

摘      要：在金属冶炼过程中,对冶炼设施的健康状态检测尤为重要。温度就是冶金设施当前健康状态的重要指标,温度监测手段的不全面、不精准不仅对生产的安全进行有极大的隐患,还会威胁到工作人员的生命安全。高炉和出铁沟作为冶金设施的重要组成部分,二者的健康状态直接影响着整个生产流程,其中炉缸位于高炉的最底层,监测条件极其复杂;主铁沟位于出铁沟的起始段,直接承受铁水的喷射冲刷。基于此,本文提出基于分布式光纤温度传感系统的高炉炉缸与主铁沟温度监测系统,分布式光纤传感技术具有高空间分辨率、高精度的优势,光纤同时作为信号传输单元和传感单元,可利用一根光纤实现分布式的温度监测。结合实际监测需求,分别使用差分对布里渊时域分析仪(Differential Pulse-width Pair Brillouin Optical Time Domain Analysis,DPP-BOTDA)进行高炉炉缸的温度监测、光频域反射计(Optical Frequency Domain Reflectometer,OFDR)进行主铁沟的温度监测,希望为冶金温度监测领域中提供一种可供选择的新方法。本文主要工作如下:1.简要介绍了分布式光纤传感系统理论和测量原理,设计并搭建了基于DPPBOTDA、OFDR的光纤分布式温度传感系统,分析传感系统关键参数的影响因素,并将其用于实验室和现场测量。2.设计出适用于测试场景的铠装光纤传感器,对其传感性能进行分析与测试,经过验证所设计的铠装光纤传感器可以应用于测试场景。并对分布式光纤传感技术中尾端反射抑制结构进行研究,设计新型结构达到抑制尾端反射的目的,减小因尾端反射导致的测量盲区。3.以重庆钢铁#4号炼铁高炉场地作为测试目标,设计并优化铠装光纤传感器的铺设方案,分别对高炉的监测难点高炉炉缸和出铁沟的主铁沟位置的温度进行检测。使用设计的DPP-BOTDA传感系统在投入生产后对高炉炉缸部位的温度进行监测,经过与该位置的理论值对比,验证了测试结果的准确性。使用设计的OFDR传感系统对主铁沟出铁初期的温度进行完整监测,经过分析,与实际温度变化趋势和温度分布相符合。