30公里远程分布光纤拉曼温度传感器系统
分布式光纤温度传感器新测温原理的研究
第17卷第1期2006年3月中国计量学院学报Journal of China Jiliang UniversityVol.17No.1Mar.2006 【文章编号】 100421540(2006)0120025204【收稿日期】 2005210218【作者简介】 王剑锋(1970—),男,江苏盐城人,讲师.主要研究方向为分布式光纤传感器.分布式光纤温度传感器新测温原理的研究王剑锋1,张在宣1,徐海峰1,刘红林1,余向东1,Insoo S.KIM 2(1.中国计量学院信息工程学院,浙江杭州310018;2.韩国电气技术研究院,韩国汉城437-808)【摘 要】 介绍了分布式光纤温度传感器的工作原理和应用状况,分析了光纤中放大的自发拉曼散射现象及其时域特性.提出了一种基于光纤中放大的自发拉曼散射光脉冲信号温度效应的新温度测量原理,并将其应用于分布式光纤传感器系统,进而讨论了基于新测温原理的实验现象和实验数据.【关键词】 分布式光纤温度传感器;O TDR ;放大的自发拉曼散射;温度效应;测温原理【中图分类号】 O561.1;O437.3 【文献标识码】 AR esearch of a ne w temperature measure principle of distributedoptical f iber temperature sensorsW ANG Jian 2feng 1,ZHANG Z ai 2xuan 1,XU Hai 2feng 1,LIU Hong 2lin 1,YU X iang 2dong 1,Insoo S.KIM 2(1.Optoelectronics Technology Institute ,China Jiliang University ,Hangzhou 310018,China ;2.Optical Technology Research Group ,K orea Electrotechnology Research Institute ,Uiwang 2city ,437-808,K orea )Abstract :In this paper ,the working principle and the application status of distributed optical fiber temperature sensors are introduced briefly.The amplified spontaneous Raman scattering phenomenon in optical fiber and its time domain characteristics are analyzed.A new temperature measure principle based on the temperature effect of amplified spontaneous Raman scattering signals in optical fiber is put forward ,and the new principle is ap 2plied to distributed optical fiber temperature sensor systems.Experiment phenomenon and data derived f rom the new principle are discussed in detail.K ey w ords :distributed optical fiber temperature sensor ;O TDR ;amplified spontaneous Raman scattering ;temperature effect ;temperature measure principle 分布光纤传感器系统最早是在1981年由英国南安普敦大学提出的,1983年英国的Hartog 用液体光纤的激光拉曼光谱效应进行了分布光纤温度传感器原理性实验[1],1985年英国的Dakin 在实验室用氩离子激光器作为光源进行了用石英光纤的拉曼光谱效应的分布光纤温度传感器测温实验[2],同年Hartog 和Dakin 分别独立地用半导体激光器作为光源,研制了分布光纤温度传感器实验装置[3,4]1此后,分布光纤温度传感器得到了很大的发展,研究出了多种传感机理,有的还使用了特种光纤[5,6].分布式光纤温度传感器的应用推广也不断地推动研究水平的进步,分布式光纤温度传感器系统的发展大致经历了短程(2km系统)、中程(10km 系统)和远程(30km系统)三个阶段.在某些特殊的应用场合,如发电厂输电干线的火灾监测、大型煤矿和油井的防爆系统、高速公路和城市轨道交通系统的形变监测等,目前的远程分布式光纤温度传感器系统已经不能满足测温距离的要求,需要测温距离更长的分布式光纤温度测量系统.而新的测温原理的研究正可以达到这样的目的.1 分布式光纤传感器基本原理1.1 光纤光时域反射(OT D R)原理当激光脉冲在光纤中传输时,由于光纤中存在折射率的微观不均匀性,会产生瑞利散射,在时域里,入射光经背向散射返回到光纤入射端所需的时间为t,激光脉冲在光纤中所走过的路程为2L,2L=V3t,V为光在光纤中传播的速度,V= C/n,C为真空中的光速,n为光纤的折射率.在t 时刻测量到的是离光纤入射端距离为L处局域的背向瑞利散射光.用光时域反射技术,可以确定光纤处的损耗,光纤故障点、断点的位置,对测量点进行定位,因此也可称为光纤激光雷达.在空间域里,光纤的瑞利背向散射光子通量:<R=K R・S・v40・<e・exp(-2α0L)(1)式(1)中:<e—在光纤入射端的激光脉冲的光子通量;K R—与光纤瑞利散射截面相关的系数; v0—入射激光的频率;S—为光纤的背向散射因子;α0—为入射光子频率处光纤的损耗;L—为局域处离入射端的长度:L=C・t2n(2)1.2 分布式光纤拉曼温度传感器系统的测温原理[7] 在频域里,拉曼散射光子分为斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射光子,斯托克斯拉曼散射光子的频率为:v s=v0-Δv(3)反斯托克斯拉曼散射光子的频率为:v a=v0+Δv(4)式(3)、(4)式,Δv为光纤声子的振动频率(Δv =1132×1013Hz).长度为L的光纤局域的斯托克斯拉曼散射光子通量,几乎与温度T无关:<s=K S・S・v4S・<e・exp[-(a0+a s)・L]・R S(T)(5)而长度为L的光纤局域的反斯托克斯拉曼散射光子通量则受到该局域的温度T调制:<a=K a・S・v4a・<e・exp[-(α0+αa)・L]・R a(T)(6)式(5)、(6)中:K S,K a—是与光纤斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射截面有关的系数;S—为光纤的背向散射因子;νS,νa—为光纤斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射光子频率;α0,αS,αa—分别为入射光、斯托克斯拉曼散射光、反斯托克斯拉曼散射光的光纤传输损耗;L—为光纤待测局域处的长度; R S(T),R a(T)—与光纤分子低能级和高能级上的布居数有关的系数,与光纤局域处的温度有关:R S(T)=[1-exp(-hΔv/k T)]-1(7)R a(T)=[exp(hΔv k T)-1]-1(8)式(7)、(8)中:h—为普朗克常数;k—为波耳兹曼常数.用斯托克斯拉曼散射O TDR曲线来解调反斯托克斯拉曼散射O TDR曲线,依据式(9)就可以得到距离入射端面距离为L处的光纤上某点的温度T:<a<S=K aK S・v av S4・exp(-hΔv/kT)・exp[-(αa-αS)L](9) 2 基于光纤中放大的自发拉曼散射光脉冲的新测温原理2.1 光纤中放大的自发拉曼散射现象观测光纤中放大的自发拉曼散射现象的实验装置结构如图1所示.它主要由以下几部分组成[8,9]:脉冲泵浦源:由脉冲掺饵光纤激光器组成,波长:1550nm;脉宽:10ns;前沿:5ns;重复频率: 2k Hz;峰值功率:0～100W可调.BDC:双向1X2光纤耦合器.光纤:25km G652光纤,光纤既是光的传输和放大的介质,也是光的传感介质.FWDM:1450/1660滤波器波分复用器.OPM:光纤功率计.62中 国 计 量 学 院 学 报第17卷A PD :低噪音,快速光电雪崩二极管.Amp :低噪音,宽带100M Hz 前置放大器和主放大器.DPO :5GHz 瞬态数字示波器.图1 放大的自发拉曼散射现象实验装置图脉冲铒激光器发出的1550nm 激光脉冲由BDC 的一端输入G652光纤,产生背向的1451nm 自发反斯托克斯拉曼散射和1663nm 斯托克斯拉曼散射光,则背向1451nm 自发反斯托克斯拉曼散射光和1663nm 自发斯托克斯拉曼散射光将起信号光的作用.当进入光纤的激光功率超过一个阈值泵浦功率时,两种信号光在传输过程中被放大,因为自发拉曼散射在整个拉曼增益谱内产生光子,所以所有频率分量都被放大,形成两个波段(蓝移和红移)的分布式光纤拉曼放大器.出现放大的背向自发拉曼散射现象.再经过1450/1660滤波器波分复用器FWDM ,将两束光波分成两个通道,用光纤功率计O PM 1,O PM 2分别测量背向自发反斯托克斯拉曼散射光和自发斯托克斯拉曼散射光的功率;同时,可通过低噪音,快速光电雪崩二极管A PD 1,A PD 2和低噪音,宽带100M Hz 前置放大器和主放大器Amp 1,Amp 2输入5GHz 瞬态数字示波器DPO ,得到放大的反斯托克斯和斯托克斯背向拉曼自发散射光的时域反射(O TDR )曲线.这种现象的物理本质是:在单模G652光纤中,自发的背向1451nm 反斯托克斯和1663nm 斯托克斯拉曼散射光脉冲又被1550nm 激光脉冲光源所泵浦,产生放大了的背向1451nm 反斯托克斯和1663nm 斯托克斯自发拉曼散射光信号.单模光纤既是反斯托克斯和斯托克斯自发拉曼散射源又是产生放大效应的介质.光纤的背向反斯托克斯和斯托克斯自发拉曼散射时域曲线出现放大的现象,得到放大了的背向自发拉曼散射信号的O TDR 曲线,由于这种被放大了的自发反斯托克斯拉曼散射光信号的强度受到光纤温度的调制,所以也具有温度效应.放大的背向反斯托克斯(ASR )和斯托克斯拉(SR )自发散射信号的光时域反射(O TDR )曲线如图2所示.图2 放大的SR 和ASR 信号的OT DR 曲线图2.2 产生放大的自发拉曼散射现象的阈值功率和信号增益[10] 随着激光脉冲功率的增加出现了放大的现象,存在一个阈值功率,SR 和ASR 的抽运阈值功率分别为1810W 和2514W.SR 和ASR 的增益也随抽运功率的增加线性地增加.表1给出了背向斯托克斯拉曼散射和反斯托克斯拉曼散射的阈值功率和增益,图3、图4分别给出了SR 和ASR 的增益特性曲线.表1 不同抽运功率条件下SR 和ASR 的增益 P p /W18.020.222.725.428.432.035.840.345.050.7G (SR )/dB 0.00.71.42.53.54.55.76.98.08.6G (ASR )/dB0.00.7 1.4 2.2 3.1 4.04.9图3 背向斯托克斯拉曼(SR )散射的增益特性72第1期王剑锋,等:分布式光纤温度传感器新测温原理的研究图4 背向反斯托克斯拉曼(ASR )散射的增益特性2.3 阈值时间位置的特性从图2中见到,SR 和ASR O TDR 曲线在一开始并不出现放大的现象,在一定的抽运功率条件下,经历一段时间后才开始出现放大现象,定义这段时间为阈值时间位置T th ,ASR 的阈值时间位置比SR 的长,随着抽运功率的增加,阈值时间位置向前移.表2给出了不同抽运功率条件下,SR 和ASR O 曲线阈值时间位置T th .图5、图6分别给出了随抽运功率变化曲线.表2 不同抽运功率条件下,SR 和ASR 阈值时间位置T th Pp/W18.020.222.725.428.432.035.840.345.050.7Tt (SR )/s 40342824222120181614Tt (ASR )/s68605040342624图5 不同泵浦功率下的SR域值时间图6 不同泵浦功率下的ASR 域值时间 因为自发拉曼散射光放大效应的存在,所以在光纤的远端散射信号得到了增强,从而可以测量到更远处被温度场调制了的光纤散射信号,也就可以测量到更远处光纤上的温度值.这种新的温度测量原理延伸了系统测温光纤的长度,也提高了系统的性能.3 结 论1)单模G652光纤中,背向反斯托克斯和斯托克斯光信号产生放大现象的泵浦阈值峰值光功率分别是是25.4W 和18W.2)入射到光纤的激光抽运功率达到阈值抽运功率后,在SR 和ASR 的O TDR 时域曲线上,需要经历一段阈值时间T th 后,才能达到粒子数反转的条件,获得了光信号的放大,体现了分布式光纤拉曼放大器的特点.3)放大的背向反斯托克斯自发拉曼散射强度受到光纤所处的温度调制,具有温度效应,为分布式光纤温度传感器提供了新的测温原理.【参 考 文 献】[1] HAR TO G A H.A distributed temperature sensor based onliquid 2core optical fibers [J ].IEEE J Lightwave Technol ,1983(1):498-509.[2] HAR TO G A H.Dist ributed temperature sensor in solid 2core fibers[J ].Electron Lett ,1985(21):1061.[3] RO GERS A J.Distributed optical 2fiber sensors for t hemeasurement of pressure ,strain and temperature[J ].Phys Report ,1988,169(2):118-119.[4] DA KIN J P ,PRA T T D J.Temperature distribution meas 2urement using ram an ratio t hermometry [J ].SPIE Fiber Optic and Laser Sensors ,1985,566:249-256.[5] 黄尚廉,梁大巍,刘 龚.分布式光纤温度传感器系统的研究[J ].仪器仪表学报,1991,12(4):359-364.[6] 刘建胜,李 铮,张其善.光纤完全分布式温度传感系统研究进展[J ].电子科技导报,1999(3):10-13,18.[7] ZHAN G Zaixuan ,INSOO S KIM ,W AN G Jianfeng ,et al.10km Distributed optical fiber sensors system and application [C].Proceedings of SPIE ,2001,4540:386-390.[8] 张在宣,王剑锋,李晨霞,等.S 波段分布式光纤拉曼放大器的实验研究[J ].光电子・激光,2004,15(5):557-560.[9] GOVIND P A GRAWAL.Nonlinear Fiber Optics and Ap 2plications of Nonlinear Fiber Optics [M ].Elsevier Science USA ,2001:187-197.[10] 张在宣,INSOO S KIM ,王剑锋,等.在单模光纤中放大的反斯托克斯拉曼背向自发散射的温度效应[J ].光学学报,2004,24(5):609-613.82中 国 计 量 学 院 学 报第17卷。
基于拉曼光谱散射的新型分布式光纤温度传感器及应用
基于拉曼光谱散射的新型分布式光纤温度传感器及应用
随着现代科技的不断发展，越来越多的新型传感器被研发出来，并得以在各个领域得到应用。
其中，基于拉曼光谱散射的新型分布式光纤温度传感器便是一个备受关注的新兴技术。
该传感器利用了拉曼光谱散射的原理，通过测量光纤中的信号传输时间差，以提取信号所对应的温度值。
由于光纤能够沿着任意方向进行传输，并且成本低廉、安装方便，因此这种基于光纤的分布式温度传感技术具有很高的应用价值。
在实际应用中，该传感器可广泛应用于各种需要进行温度监测的场景中。
比如，在核电站的运行过程中，需要对反应堆中的温度进行实时监测，以确保核电站的安全运行。
而基于光纤温度传感器的技术，正是非常适合用于这种高温、高辐射的恶劣环境中。
此外，这种传感器还可以广泛应用于工业自动化、石油化工、医疗仪器、环境监测等领域。
通过利用光纤温度传感器提供的准确温度数据，可以实现对各种工业流程、生产设备等的精准控制，从而提高生产效率、降低工业生产的成本和风险。
总之，基于拉曼光谱散射的分布式光纤温度传感器是一种非常实用的传感技术，具有精准、可靠、可控、安全等多种特点。
随着技术的不断发展，该传感器将在更多领域得到广泛应用，为改善人类生产、生活环境，提供更为精准的监测数据和数据支持。
基于拉曼散射的分布式光纤直流电缆测温系统
基于拉曼散射的分布式光纤直流电缆测温系统葛鸿翔;单鸿涛;马强;张艳杰【摘要】直流电缆通常通过绝缘电阻检测来判断线缆破损情况,一般通过定期巡查以及针对故障进行排查,效率低下.文中研制基于拉曼散射的光纤直流电缆测温系统,围绕上海地铁直流供电电缆物理特性及其环境特点展开研究,通过电缆故障的搜集分析,找到故障线缆及其温度变化特性;同时,通过长期监测,以实现线缆温度异常检测、故障定位,预警和管理.并通过实际测量得到所设计系统可测量的温度范围为3~10 km,温度分辨率为1℃,时间分辨率为5 s,空间分辨率为1m.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2017(030)012【总页数】5页(P102-105,113)【关键词】拉曼散射;光纤;测温系统;故障定位【作者】葛鸿翔;单鸿涛;马强;张艳杰【作者单位】上海工程技术大学电子电气工程学院,上海201620;上海工程技术大学电子电气工程学院,上海201620;上海工程技术大学电子电气工程学院,上海201620;上海工程技术大学电子电气工程学院,上海201620【正文语种】中文【中图分类】TP212.9随着上海轨道交通的发展，地铁运行里程不断延长，越来越多的低压直流电缆投入使用。
直流馈电电缆用于连接高速直流开关和接触网，但由于其应用环境差，电缆较容易发生绝缘老化、受损等故障[1-2]。
一旦发生问题，轻则跳闸、重则发生安全事故，给供电安全造成重大影响。
因此，实时、可靠的直流电缆温度诊断和监测技术，在保障轨道交通安全运行方面具有重要作用。
本文基于拉曼散射原理，提出了基于斯托克斯光与反斯托克斯光的实时测温系统，实现对地铁直流电缆在运行的实时温度在线监测[1]。
由于光子与光纤介质的互相影响，当光进入到光纤时会引起光线方向的改变，这个过程叫做光的散射。
当光子与光纤中的二氧化硅分子互相作用时，就会发生有能量交换和没有能量交换两种情况。
当光子与光纤介质发生弹性碰撞却没有发生能量之间的交换，这个过程就被称为瑞利(Rayleigh)散射；当光子与光纤介质发生非弹性碰撞并且有能量交换，这个过程就被称为布里渊(Brillouin)散射、拉曼(Raman)散射，利用这3种散射光可以实现光纤的分布式测量。
脉冲激光远程投送的分布式光纤拉曼温度传感系统
ｉｂ ｆ ｅ ｒ ． ２ ２ ． ７ ｋ ｍ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｗａ ｓ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｏ ｆ＋０ ． ５ ℃ ｆ ｏ ｒ ｂ ｏ ｔ ｈ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｆ ｒ ｏ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ａ ｒ ｓ ｅ ｇ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｎ ｇ ｉ ｆ ｂｅ ｒ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ＤＴ Ｓ ； Ｒａ ｍａ ｎ ； ｌ ｏ ｎ ｇ ｄ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ ｅ ｌ ｉ ｖ ｅ ｒ
０ 引 言
自从上世纪八十年代中，英国研发出分布式光纤拉曼散射温度传感器以来 ，该项技术得到 了很快的发 展和应用Ｌ １ 珥 Ｊ 。当前实际工程应用需求更长的传感距离 ， 更高的测温精度， 更快的响应速度和更高的空间分 辨力 ， 为此近年来涌现 出一些新的技术 ，比如集成光纤拉曼放大器补偿光纤造成的损耗 ， 延长传感距离 Ｊ ；
分布式光纤传感温度报警系统
分布式光纤传感温度报警系统Ξ张在宣 郭 宁 余向东 吴孝彪(中国计量学院光电子技术研究所,杭州310034) 摘 要 研制了一种由分布光纤温度传感器系统组成的新型在线自动温度检测、报警系统,它是一种特殊的光纤通信网络,也是一种光纤雷达。
文中讨论了系统的工作原理、调制与解调原理,系统的组成结构和系统的报警特性。
在一根2km光纤上可采集一千个温度信息并能进行空间定位,是一种理想的温度报警系统。
关键词 分布光纤温度传感器 光时域反射技术 温度报警系统一、前 言分布式光纤温度传感器系统实质上是分布光纤喇曼(Raman)光子传感器(DOFRPS)系统,它是近年来发展起来的一种用于实时测量空间温度场的光纤传感系统。
在系统中光纤既是传输媒体又是传感媒体,利用光纤背向喇曼散射的温度效应,光纤所处空间各点的温度场调制了光纤中的背向喇曼散射的强度,即反斯托克斯(stokes)背向喇曼散射光的强度),经波分复用器和光电检测器采集了带有温度信息的背向喇曼散射光电信号,再经信号处理系统解调后,将温度信息实时从噪声中提取出来并进行显示,它是一种典型的光纤通信网络;在时域里,利用光纤中光波的传播速度和背向光回波的时间间隔,利用光纤的光时域反射(O TDR)技术对所测温度点定位,它是一种典型的光雷达系统。
分布光纤传感系统中的传感光纤不带电,抗射频和电磁干扰,防燃、防爆、抗腐蚀、耐高电压和强电磁场、耐电离辐射,能在有害环境中安全运行,系统具有自标定、自校准和自检测功能;即使在光纤受损时不仅可继续工作,而且可检测出断点位置。
在一根2km光纤上可采集一千个温度信息并能进行空间定位,由于分布光纤传感系统的优越特性,已经开始应用于火灾自动温度报警系统。
分布光纤温度传感器的主要用途:11用于煤矿、隧道的温度自动报警控制系统;21油库、油轮,危险品仓库,大型货轮,军火库等温度自动报警控制系统;31高层建筑、智能大厦、桥梁、高速公路等在线动态检测和火灾防治及报警;41各种大、中型变压器,发电机组的温度分布测量,热保护和故障诊断;51地下和架空高压电力电缆的热检测与监控;61火力发电所的配管温度、供热系统的管道、输油管道的热点检测和故障诊断;化工原料、照相材料及油料生产过程在线动态检测;71作为一种典型的机敏结构用于航空、航天飞行器在线动态检测和机器人的神经网络系统。
带光放大器的分布式光纤拉曼温度系统
摘
要 ： 详 细阐述了红外双波长带光放大器 的分布式 光纤 拉曼温度系统原理 ， 为了抑制放大器 的 自发辐
射增长 、 温漂噪声 积累 、 利背向散射光 窜扰反斯托克斯背 向散射光 ， 瑞 采用两 条已知温度 的 曲线和最 近测 量温 度 曲线的解调方法 ， 高了系统的测温精度和稳定性并 降低 了系统的成本 。实验结果与理论分析 一致 ， 提 系统 的
曲线来 抑制放 大 器的 自发辐 射 ， 这样 不需要 恒 温槽 就获 得 了 良好 的 结果 ， 验 表 明温 度 测 量 误 差 可 以在 ±０ １ 实 ．
℃ 内。
ｌ 系统 原 理
分 布式光 纤 拉曼 温度 传感 器系统 与
三种 散 射光 （ 即斯 托克斯 散 射光 、 反斯 托 克 斯散 射光 、 瑞利 散射 光 ） 关 。为 了消 有 除光纤 特性 和注 入光脉 冲 功率 的变 化等
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第 １卷 ８
Hale Waihona Puke 第 ４期 强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩ ＧＨ ＯＷ ＥＲ Ｐ ＬＡＳ ＥＲ ＡＮＤ ＡＲＴＩ Ｐ ＣＬＥ Ｂ ＥＡＭ Ｓ
Ｖｏ ． ８。 ． １ １ ＮＯ ４
Ａｐｒ ２ ０ ．， ０ ６
２０ ０ ６年 ４月
＊ 收 稿 日期 ：０ ５０—３ 修 订 日期 ：０ ６０ －９ ２ ０ —１１ Ｉ ２ ０ －１０ 基盒项 目： 中国电子科技集团第八 研究所 合作 项 目资助课题
作者简介 ： 张利勋（ ９ ８ ， ， 士生 ， １ ６ 一）男 博 主要从事光电传感与光信息处理研究 Ｉ ｌ ￣ ｅｔ ｅ ｕ Ｇ 。 ｘ ｕ ｓ ．ｄ ．ｎ ｚ（ ￣
模 光纤 拉曼 温度 系统 的研究 工作 。单 模 系 统 的 光源 常 使用 调 Ｑ光 纤 激 光 器［ 或 半 导 体 激 光 器 加前 置 光放 大 ２
分布式光纤测温系统原理
分布式光纤测温系统原理分布式光纤测温系统依据后向散射原理可以分为三种：基于瑞利散射、基于拉曼散射和基于布里渊散射。
目前开展比拟成熟，且有产品应用于工程的是基于拉曼散射的分布式光纤测温系统。
它的传感原理主要依据的是光纤的光时域反射(OTDR)原理和光纤的后向拉曼散射温度效应。
分布式光纤测温一、引言随着我国经济的开展，电力系统正在朝着超高压、大电网、大容量、自动化的方向开展，一旦发生事故便会对国民经济造成巨大损失。
如何对正在运行的电力设备进行在线监测并进行平安预测和温度变化趋势分析?如何通过实时数据对设备质量、运行环境、运行方式、设备老化、负荷不平衡等进行科学分析?这些都是电力系统中迫切需要解决的问题。
传统的红外测温仪、红外成像仪、感温电缆、热电阻式测温系统等只能对电力系统的局部位置进行测温，无法为平安、经济运行、高效检修提供科学依据。
而分布式光纤测温系统能够实现多点、在线的分布式测量，实现了运行设备的实时在线监测，有效地解决了长期以来现场出现的高温、燃烧、爆炸、火灾等事故应急不备的问题。
在电力系统中，这种光纤测温技术在高压电力电缆、电气设备因接触不良引起的发热部位、电缆夹层、电缆通道、大型发电机定子、大型变压器、锅炉等设施的温度定点传感场合具有广泛的应用前景。
二、分布式光纤测温的根本原理1. 分布式光纤测温系统依据后向散射原理可以分为三种：基于瑞利散射、基于拉曼散射和基于布里渊散射。
目前开展比拟成熟，且有产品应用于工程的是基于拉曼散射的分布式光纤测温系统。
它的传感原理主要依据的是光纤的光时域反射(OTDR)原理和光纤的后向拉曼散射温度效应。
(一)光时域反射(OTDR)原理当激光脉冲在光纤中传输时，由于光纤中存在折射率的微观不均匀性，会产生散射。
在时域里，入射光经后向散射返回到光纤入射端所需时间为t，激光脉冲在光纤中所走过的路程为2L，其中v为光在光纤中的传播速度、C为真空中的光速，n为光纤折射率。
光纤温度传感器原理
光纤温度传感器原理光纤温度传感器是一种用于测量温度的先进技术。
它利用光的传输特性和温度对光的影响来实现温度的测量。
光纤温度传感器具有精度高、响应快、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于各个领域。
光纤温度传感器的原理基于光纤的热致敏效应。
当光纤受到温度变化时，其折射率也会发生变化。
这种折射率的变化会导致光的传输特性发生改变，进而可以通过测量光的某些特性来获得温度信息。
一种常见的光纤温度传感器原理是利用光纤的布里渊散射效应。
布里渊散射是指当光波在介质中传输时，由于介质中存在微弱的非均匀性引起的散射现象。
当光波频率与介质的声子频率匹配时，布里渊散射会导致光的强度发生变化。
在光纤温度传感器中，一段光纤被固定在待测温度环境中。
当温度变化时，光纤的折射率也会发生变化，从而改变了光波与介质的匹配程度。
这种匹配程度的变化会导致布里渊散射的频率发生变化，进而改变了光的强度。
通过测量光纤传输的光强信号，可以获得布里渊散射频率的变化情况。
而布里渊散射频率的变化与温度的变化是相关的，因此可以通过测量光的强度来获得温度信息。
光纤温度传感器的原理还可以基于其他光纤的特性来实现。
例如，利用光纤的拉曼散射效应，可以通过测量光的频移来获得温度信息。
又如，利用光纤的菲涅尔衍射效应，可以通过测量光的干涉图案来获得温度信息。
光纤温度传感器利用光的传输特性和温度对光的影响来实现温度的测量。
通过测量光的某些特性，如光强、频移或干涉图案等，可以获得温度信息。
光纤温度传感器具有精度高、响应快、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于各个领域，如工业生产、环境监测、医疗诊断等。
随着技术的进步，光纤温度传感器将会在更多领域发挥重要作用。
分布式光纤拉曼测温系统的工作原理
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光纤温度传感器原理
光纤温度传感器原理介绍光纤温度传感器是一种基于光纤传输原理的温度测量设备。
它具有高精度、长距离传输能力以及耐高温、抗干扰等特点，被广泛应用于工业、冶金、化工、医疗等领域。
本文将全面、详细、深入地探讨光纤温度传感器的原理和应用。
原理光纤温度传感器利用光纤材料的光学传输特性和温度对光纤特性的影响进行温度测量。
其基本原理如下：1. 热效应光纤温度传感器利用光纤材料的热效应进行温度测量。
当光纤受热时，光纤内部会发生温度变化，进而引起光纤的长度、折射率和透过损耗的变化。
通过测量这些变化，可以获得温度信息。
2. 光纤布里渊散射光纤布里渊散射（Bragg scattering）是光纤温度传感器常用的测温原理之一。
布里渊散射指的是光波在光纤中与光纤中存在的声波产生相互作用，而产生散射现象。
当光纤受温度变化影响时，声波的频率也会随之变化，从而改变布里渊散射的位置和强度。
通过观测布里渊散射光的频移和功率，可以推算出温度。
3. 光纤拉曼散射光纤拉曼散射（Raman scattering）是光纤温度传感器另一种常用的测温原理。
拉曼散射指的是光波在光纤中与光纤中存在的分子或晶格振动产生相互作用，而产生散射现象。
当光纤受温度变化影响时，拉曼散射光的频率也会发生变化。
通过测量拉曼散射光的频移和功率，可以得到温度信息。
应用光纤温度传感器具有许多优点，因此被广泛应用于各个领域，下面我们将介绍其在不同领域的应用。
1. 工业光纤温度传感器在工业领域中，常用于高温、高压、有腐蚀性的环境下的温度测量。
例如，在石油化工行业中，光纤温度传感器可以用于监测炼油装置中的温度变化，为生产过程提供温度数据，以便调节生产参数。
2. 冶金在冶金行业中，光纤温度传感器可以用于铁矿石烧结过程中的温度测量。
通过实时监测烧结过程中的温度变化，可以控制烧结过程，提高产品质量。
3. 化工在化工行业中，光纤温度传感器可以用于监测反应釜、管道等设备中的温度变化。
通过实时测量温度，可以及时发现异常情况，保证生产安全。
分布式光纤温度传感系统
分布式光纤温度传感系统在现代工业生产和科学研究中，对物质的温度监测是非常重要的一个环节，具有非常广泛的应用。
传统的温度监测方法有许多，如热电偶、铂电阻、红外线测温等。
这些方法虽然具有一定的准确度，但也存在着局限性，比如易受环境干扰、需要大量电缆线以及无法使用在复杂环境下等。
为了克服这些问题，分布式光纤温度传感技术应运而生。
分布式光纤温度传感技术将传感单元置于被测区域内，采用光纤作为传感材料，通过测量光纤的光学特性变化来计算被测区域的温度，从而实现分布式温度监测。
分布式光纤温度传感系统的结构分布式光纤温度传感系统主要由三部分组成：光源、光纤和光学信号采集单元。
光源光源为分布式光纤温度传感系统提供连续的光信号。
其中，连续的激光信号被发送到光纤的一端，沿着光纤传播到另一端的光学信号采集单元。
光纤光纤是分布式光纤温度传感系统的核心部件。
光纤作为传感器，其表面被覆盖了薄膜，用于检测温度和压力等各种物理量的变化。
其工作原理是通过接触型传感器来实现，即将传感器接触到被测量体表面上，传感器再通过传导来感知到被测量体的设计应变变化。
光学信号采集单元光学信号采集单元采用分布式的方式，对光纤传输的光信号进行连续监测。
通过光学探针，采集到光纤传输的光信号，再将其转化为光电信号，进行计算与分析。
由于采集单元数量可以很多，因此分布式光纤温度传感系统可以异构结构，使用多个光学信号采集单元来实现温度分布的监测。
分布式光纤温度传感系统的特点分布式光纤温度传感系统具有以下优点：高精度采用光学传输方式进行信号传输，光纤表面含有的温度传感材料具有高精度。
可远距离监测光纤可以延长几十公里，能够对很大的区域进行全方位的监测。
抗干扰能力强光纤作为传感器本身就不会受到干扰（电磁场、辐射场、磁场干扰等）。
可重复使用一根光纤可以用于多次实验，反响显著。
应用领域分布式光纤温度传感系统在诸多领域的使用尤为广泛，如：石化行业石化行业的特性决定了其对温度的严格要求。
分布式光纤测温系统原理
分布式光纤测温系统原理分布式光纤测温系统（Distributed Optical Fiber Temperature Sensing System）是一种利用光纤来实现温度测量的技术。
它通过在光纤中引入一定的周期性光学结构，利用光纤的传感性能，实现对光纤沿线的温度变化的实时监测。
下面将从光纤传感原理、传感光纤结构和数据处理原理三个方面详细介绍分布式光纤测温系统的工作原理。
首先，我们来介绍光纤传感原理。
光纤传感原理是利用光纤本身的光学性能实现温度测量的关键。
光纤是一种由具有较高折射率的芯层和外包层组成的细长物体，它具有很好的光导和传感性能。
当光纤中的光传播时，光的强度和频率会随着光纤周围的环境变化而发生变化。
而温度是光纤周围环境的一种基本物理量，因此可以通过测量光纤中光的变化来获得温度信息。
其次，传感光纤结构是实现分布式光纤测温系统的关键技术。
常用的传感光纤结构有光纤布拉格光栅（Optical Fiber Bragg Grating，FBG）和拉曼散射光纤（Raman Scattering Fiber）两种。
光纤布拉格光栅是在光纤中引入一定间隔的光折射率周期性分布，通过测量光纤中反射光的波长来实现温度测量。
而拉曼散射光纤则是通过测量光纤中的拉曼散射光强来实现温度测量。
这些传感光纤结构具有高精度、高稳定性和高可靠性的特点，能够实现对光纤沿线的温度变化的实时监测。
最后，数据处理原理是实现分布式光纤测温系统工作的关键。
数据处理原理主要包括对光纤中的反射光波长或散射光强的测量和分析。
对于光纤布拉格光栅结构，可以通过测量光纤中反射光波长的变化来获得温度信息。
测量的方法有波长描写和波长间隔法两种。
波长描写是通过测量反射光波长与参考波长之间的差值来获得温度信息。
而波长间隔法是通过测量不同反射光波长之间的间隔来获得温度信息。
对于拉曼散射光纤结构，可以通过测量拉曼散射光强的变化来获得温度信息。
这些测量数据可以通过数据分析和处理，得到光纤沿线的温度分布信息，实现一个分布式光纤测温系统。
新型超远程分布式光纤拉曼温度传感器
２ １０ ） ０ １３ （ 海 华 魏 光 纤 传 感 技 术 有 限公 司 ， 海 上 上 摘 要 ： 于 光 中继 传 感 技 术 提 出 一种 超 远 程 分 布 式 光 纤 拉 曼 温度 传 感 器 方 案 ， 用在 分 布 式 光 纤 传 感 器 的 多段 传 感 光 缆 之 间 基 采 嵌 入 多级 光 中 继放 大 传 感 装 置 的 方 式 ， 用 中继 放 大传 感 装 置 的 增 益 克 服 光 纤 损 耗 ， 强 了光 纤 中 自发 拉 曼散 射 光 的 强 度 ， 利 增 传 感光 缆 分段 分 时 进 行 测 量 。 当在 多段 传 感光 缆之 间 引 入 Ｎ 个 远 程 光 中继 放 大 传 感 装 置 进 行 级 联 时 ， 实现 分 布 式 光 纤 传 可 感 器 的 ～ × Ｌ（ 为 每 段 传 感 光 纤 的 长度 ） 远 程 监 测 。文 章 最后 给 出 了实 际 测 量 结 果 ， 果 表 明 ， 系统 能在 ６ ｍ 的 传 感 Ｌ 超 结 该 ０ｋ
（ ａ ｇ ａ ＯＯＭ Ｓｈ ｎ ｈ ｉＢ ＡＴ ｏ ，Ｌｔ ．，Ｓ ａ ｇ ａ ２ １ ０ ，Ｃｈ ｎ ） Ｃ ． ｄ ｈｎｈｉ０ １３ ｉａ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｏｎ ｔ ｅ ｂ ｓｓｏ ｈ ｐ ｉａ ｒ ｐ ａ ｉ ｇ ａ ｄ ｓ ｎ ｉ ｇ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｈ ａ ｉ ｆｔ ｅｏ ｔｃ ｌ ｅ ｅ ｔ ｎ ｅ ｓｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ。ａｎ ｖ ｌ ｌｒ —ｏ ｇ ｒ ｎ ｅｏ ｔｃ ｌ ｉｅ ｍａ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｎ ｏ ｅ ｕ ｔａ ｌｎ ａ ｇ ｐ ｉ ｂ ｒＲａ ｎ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ａｆ
基于拉曼光谱散射的新型分布式光纤温度传感器及应用
基金项 目：国家重点基础研究发展计划 （ ９ ７ ３计划） 项 目（ ２ ０ １ ０ Ｃ Ｂ ３ ２ ７ ８ ０ ４ ） ，国家科技支撑计划重大项 目（ ２ ０ １ １ Ｂ ＡＦ ０ ６ Ｂ ０ ２ ） 和浙江省重大科技专
就 。到 １ ９ ９ ８年 就 有 实 用 的 样 机 应 用 于 “ 九五” 科 技 攻 关 项 目，
现在 国内每年应用分布式光纤拉曼温度传感器 系统完成 大型 工程项 目达数百项 ，产生了巨大的经济效益 和 良好 的社会 效
益 ・ 引。
但是 ，随着工程应用 的逐 步推广 ，对分 布式光纤 拉曼 温
度传感器本身的要求也在不断提高 。原有系统 的性 能参数 已
经不 能满 足许 多工程应用的需求 。因此 ，研究 具有更 长的传 感距 离、更快 的响应速度 、更高的测温 精度 和更高空 间分辨 率 的超远 程分布式 光纤拉曼 温度 传感器系统十分必要 。
收 稿 日期 ：２ ０ １ ３ — ０ ２ － １ ４ ． 修 订 日期 ：２ ０ １ ３ — ０ ３ － ０ ８
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｎ２ ５ ３ 文献标识码 ： Ａ Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ４ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｒ Ｌ １ ０ ０ ０ － ０ ５ ９ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ — ０ ８ ６ ５ — ０ ７
引 言
自从 ２ ０世纪 ８ ０年代中期英 国开发出分布式光纤拉曼温 度传感器 以来 ，该项 技术 在 全 世界 引起 了广 泛 的关 注［ １ ］ 。
电缆温度监测中分布式光纤测温技术的运用
电缆温度监测中分布式光纤测温技术的运用发表时间：2017-07-04T11:14:56.283Z 来源：《电力设备》2017年第7期作者：梁丽妙[导读] 实验表明：系统能够准确的反应现场实际的运行情况，对温度的异常点能够及时的发现和定位，当表面温度超过系统设置的温度时，系统就会发出报警信号，这样就可以有效的避免电力事故的发生。
(广东翰新科技有限公司 51900)摘要：火灾探测问题应经成为目前电力电缆中比较突出的安全问题，针对这种问题科研专家提出了一种分布式的光纤测温技术，该技术的核心是光时域的反射技术以及拉曼散射测温技术，主要仪器有测温主机、测温光缆以及CSM主机构成，该技术具有十分高的灵敏度，而且定位十分精准。
该技术的基本原理是通过光缆获得电缆表面的温度，然后将获得的数据传递到测温主机中进行数据的分析，最后电缆温度以及报警会出在CSM主机上显示。
为了证明该系统具有较高的时效性，在国内的进行了一系列的实验。
实验表明：系统能够准确的反应现场实际的运行情况，对温度的异常点能够及时的发现和定位，当表面温度超过系统设置的温度时，系统就会发出报警信号，这样就可以有效的避免电力事故的发生。
关键词：电缆温度；分布式光纤测温技术1 引言在电力行业中，高压电缆安全的监测能够有效的避免电缆火灾事故的发生。
其中最为重要的手段就是进行电缆温度的监测，只有这样才可以保证系统的安全运行。
传统的测温方法是将点式感温装置安装在需要进行实时监测的部位，但是这种监测方法无法实现整条线路的监控只能对特定部位进行监测。
随着光纤技术的不断发展，分布式光纤温度检测系统实现了对整条线路温度的运行监测，而且无干扰，无辐射，安全性能高，这可以为电缆温度的监测提供科学的依据。
目前，该系统已经广泛应用在电缆行业之中了，且该系统有望成为电缆安全监控的首选设备。
2 分布式光纤测温系统的技术原理光纤分布式测温传感技术是基于拉曼散射温度效应和OTDR来分别实现温度的监测和温度点定位。
三波长与双波长火灾探测器的比较
一、分布式光纤温度传感器二、分布式光纤应变传感器Sentinel-DTSS分布式光纤温度和应变测量系统是目前国际上唯一的可以实现温度与应变不交叉测量的系统，已经被成功的应用到与结构、变形相关的应用中。
DTSS分布式光纤温度和应变传感系统同时利用光纤感测信号和传输信号，采用先进的OTDR技术和Brillouin散射光对温度和应变敏感的特性，探测出沿着光纤不同位置的度和应变的变化，实现真正分布式的测量。
系统特点•整条光纤既传输信号又感应被测量•测试距离远：可达24km（可定做30Km）•空间分辨率高：1-5m•温度分辨率为0.5o C，应变分辨率为10με•同时的温度和应变独立测量•压力分辨率为2psi•单端测量•友好的用户界面•嵌入的网络接口和调制解调器应用领域•连续分布式测量•抗电磁干扰，适用于高电磁环境•本征防雷•测量距离远，适于远程监控•灵敏度高，测量精度高•寿命长，成本低，系统简单三、探测光缆Sensornet探测光缆内部采用普通标准的多模光纤，专门用于连接高性能的Sentinel-DTS实现分布式的温度测量，组成线型光纤火灾探测系统。
可以根据用户要求任意选择50/125μm或62.5/125μm的两种光纤。
Sensornet探测光缆本身就是传感器，性能稳定、可靠，不受各种电磁干扰。
通过它可以测得沿光缆所有点的温度分布情况，不会漏掉任何点，大大减小系统的误报和漏报。
Sensornet探测光缆不但具有很好的热传导特性，同时可以在恶劣环境中长期生存和工作。
Sensornet探测光缆主要包括：1. Sentinel-SST2. Sentinel-T3. 高温光缆这是一种可以在石油井下生存的，耐高温耐高压的特殊光缆。
它是一种高强度的并具备热敏反应的光缆。
这种光缆之所以能在高温下生存，是因为它含有4种保护层，而这4种保护层都是抗氢的。
•光纤的几何机构/涂覆层含有独一无二的抗氢特能• 2.0mm直径的不锈钢管能够保护光纤的机械性能•铝包层进一步强化了抗氢能力•第二层不锈钢管――0.25直径提供额外的机械保护这种类型的钢合金可以根据井下条件而变化(比如，有硫化氢H2S的环境下)，其厚度也可根据安装类型进行调整(比如，水平井，竖井或深井)这种类型的光纤可以在> 650°C的环境下测试成功，并且可以进行全面的抗氢测试。
分布式光纤温度传感器原理
分布式光纤温度传感器原理引言：分布式光纤温度传感器是一种基于光纤传感技术的新型温度测量设备。
它通过光纤的热敏效应实现温度的测量和监控，具有高精度、长测距、快速响应等优点，在工业、能源、交通等领域有着广泛的应用。
一、光纤传感原理分布式光纤温度传感器利用光纤传感技术实现温度的测量。
光纤传感是指利用光纤作为传感器的感应元件，通过测量光纤中光信号的变化来反映被测量物理量的变化。
光纤传感具有无电磁干扰、抗化学腐蚀、远距离传输等优点，被广泛应用于温度、压力、应力等多个领域。
二、分布式光纤温度传感器原理分布式光纤温度传感器采用拉曼散射光谱技术，通过测量光纤上的拉曼散射光信号的频移来反映温度的变化。
光纤的温度变化会引起光纤中分子的运动状态发生变化，从而改变光纤中光子的散射频率。
通过检测光纤上的拉曼散射光信号的频移，可以准确地测量温度的变化。
三、光纤散射效应光纤中的散射效应是分布式光纤温度传感器实现温度测量的关键。
光纤的散射效应分为拉曼散射和瑞利散射两种。
瑞利散射是光纤中的杂散光信号，其频率与入射光信号相同，不受温度影响。
而拉曼散射是光纤中的散射光信号，其频率与入射光信号有一定的频移，与温度呈线性关系。
四、拉曼散射光信号的测量分布式光纤温度传感器利用拉曼散射光信号的频移来测量温度的变化。
在光纤中传输的激光光信号会与光纤中的分子发生拉曼散射作用，产生散射光信号。
这些散射光信号中的一部分会通过光纤回传到光源端，并经过光谱仪的检测。
光谱仪会分析散射光信号的频移，并根据频移的大小计算出温度的变化。
五、分布式光纤温度传感器的工作原理分布式光纤温度传感器是通过将光纤沿被测温度分布区域布设，实现对温度的连续监测。
光纤通过光纤接头连接到测量系统，测量系统中包含光源、光谱仪和数据处理单元。
光源产生激光光信号，经光纤传输到被测温度分布区域，与温度变化发生拉曼散射作用。
散射光信号通过光纤回传到光谱仪，经过频移分析后，数据处理单元计算出温度的变化。
分布式光纤测温系统及其软件表现
摘要摘要分布式光纤拉曼测温系统是一种空间温度场实时测量的传感系统，已经在煤矿开采、石油化工、地铁交通和电缆检测等领域得到了广泛的应用。
结合实际的煤矿温度监测项目，本文需要解决两个方面的工程要求：一是系统的测温精度在1±⁰C以内；二是温度数据的直观软件表现。
解决这些要求对于完成煤矿温度监测项目具有很强的工程意义。
本文基于此，完成了如下工作：(1) 根据光纤拉曼测温理论，构建了一套双通道分布式光纤拉曼测温系统，并对系统硬件参数进行了优化。
同时为了获取参考温度信息，设计电子温度传感器接收电路，实现了对系统温度数据的实时校准；设计控制光开关切换电路，实现了对系统双通道的快速切换。
(2) 由于光纤自发拉曼散射的强度很低，导致拉曼散射信号极其微弱，而这微弱的传感信号易受到系统噪声的影响，从而限制了系统的测温精度。
本文在LabVIEW平台下实现了原始信号的实时解调，同时在数据采集阶段采用累加平均去噪算法对信号进行实时降噪，进一步采用卡尔曼滤波去噪算法对温度信号进行滤波处理，最终实现了0.6±⁰C的系统测温精度。
(3) 在VISUAL STUDIO 2010软件平台下，本文结合实际煤矿开采测温场景设计了分布式光纤拉曼测温系统工业化图形界面，实现了将温度信号直观的显示在与实际监测地理位置对应的监测界面上。
进一步在设计的分布式测温软件系统中开发异常温度报警功能，从而使得分布式光纤测温系统更加适用于煤矿的温度监测。
同时为了方便管理人员掌握煤矿开采过程中温度变化的规律，设计了温度数据长期存储功能和生成温度报表功能，进一步完善了分布式测温软件系统。
关键词：分布式测温，拉曼散射，温度解调，软件表现ABSTRACTDistributed optical fiber Raman temperature measuring system is a kind of sensing system for real-time measurement of space temperature field. It has been widely used in coal mining, petrochemical, subway transportation and cable inspection. Combining with actual items about the coal mine temperature measurement, this thesis need to solve two aspects: one is the engineering requirements of system measurement accuracy in within1±⁰C; two is the intuitive software performance of temperature data. To solve these problems is of great significance for the completion of the coal mine temperature monitoring project. Based on this, this thesis completed the following work:(1) According to the fiber Raman temperature measurement theory, a two channel distributed fiber Raman temperature measuring system is constructed, and the system hardware parameters are optimized. At the same time in order to obtain the temperature information of the reference fiber, the electronic temperature sensor receiving circuit design, which can realize real-time calibration system of temperature measurement data; design of optical switch circuit and realizes the fast switching of the measuring channel system.(2) Because the intensity of spontaneous Raman scattering of fiber is very low, the Raman scattering signal is very weak, and the weak sensing signal is easily affected by the system noise, thus reducing the temperature measurement accuracy. This paper realizes the real-time temperature measurement signal demodulation in the LabVIEW platform, and the cumulative average denoising algorithm in real-time to reduce the noise in the data acquisition stage, further denoising algorithm of temperature signal is filtered by Calman filter, the system finally realizes the temperature measurement accuracy of 0.6±⁰C.(3) In the VISUAL STUDIO 2010 software platform, combining with the actual temperature scenarios designed DTS industrialization graphical interface, to achieve real-time display of temperature signal in the corresponding actual monitoring sites, so as to solve the problems of long distance temperature measurement is difficult to quickly locate and display real-time temperature. Further addition of abnormal temperature alarm function in the distributed temperature measurement software system design, the man-machine interface of the system interface more friendly, so as to strengthen the application of distributed optical fiber temperature measurement systemin practical engineering. At the same time, in order to facilitate the management of regional temperature information management, adding temperature data storage function and generating temperature report function, further improve the distributed temperature measurement software system.Keywords: distributed temperature, Raman scattering, temperature demodulate, software performance目录第一章绪论 (1)1.1本课题的研究背景 (1)1.2分布式光纤测温系统的发展 (1)1.3分布式光纤测温系统的典型应用 (2)1.4本论文的研究意义及主要内容 (3)1.4.1研究意义 (3)1.4.2 主要内容 (4)第二章分布式光纤测温系统理论基础 (5)2.1光纤中的光散射现象 (5)2.2 光时域反射技术 (6)2.3光纤拉曼散射理论 (7)2.3.1自发拉曼散射 (7)2.3.2 受激拉曼散射 (9)2.4 光纤拉曼散射测温原理 (10)2.5 分布式光纤测温系统的解调方法 (11)2.5.1 基于反斯托克斯光单路解调方法 (11)2.5.2 基于反斯托克斯光和斯托克斯光双路解调方法 (12)2.6 本章小结 (13)第三章基于双路解调的分布式光纤测温硬件系统设计及实现 (14)3.1 分布式光纤测温硬件系统的总体结构 (14)3.2 分布式测温系统的主要技术指标 (15)3.2.1 空间分辨率 (15)3.2.2 温度分辨率 (16)3.2.3 测温精度 (17)3.2.4 测量时间 (16)3.3 分布式光纤测温硬件系统模块的选型 (17)3.3.1 光源模块的选型 (17)3.3.2 波分复用器的选型 (18)3.3.3光电探测器的选型 (19)3.3.4 采集卡模块的选型 (20)3.3.4.1 高速数据采集卡的选择 (20)3.3.4.2 高速数据采集卡工作原理 (20)3.3.5 系统通道数的扩充 (21)3.4温度接收电路与控制光开关切换电路的设计 (22)3.5本章小结 (25)第四章分布式光纤测温系统信号解调系统设计及信号处理 (26)4.1基于LABVIEW平台实现温度信号解调系统的设计 (26)4.1.1信号解调系统需求分析 (26)4.1.2 原始信号采集LABVIEW程序的实现 (26)4.1.3 参考温度信号接收LABVIEW程序的实现 (28)4.1.4 测温光纤温度信号解调LABVIEW程序的实现 (29)4.2 分布式光纤测温系统噪声分析 (31)4.3 分布式光纤测温系统信号去噪处理 (32)4.3.1 累加平均算法 (32)4.3.2 卡尔曼滤波算法 (36)4.4 本章小结 (40)第五章工程应用中温度数据的软件表现 (41)5.1温度数据软件表现的需求分析 (41)5.2 温度数据的显示界面的实现 (41)5.3 利用SQL数据库实现对温度信息的长期存储 (45)5.4温度数据报表界面的实现 (46)5.5 本章小结 (48)第六章总结与展望 (49)6.1全文总结 (49)6.2工作展望 (49)致谢 (51)参考文献 (52)攻读硕士学位期间取得的成果 (56)第一章绪论第一章绪论1.1 本课题的研究背景温度传感器是工业自动化控制和火灾安全监测等领域所需的一种基础传感元件，但是传统温度传感器需要带电工作，因而在强电磁干扰或易燃易爆环境下的应用受到了很大的限制。
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度传感器系统∗彪1 Insoo S.KIM 2(1中国计量)摘 要 本文讨论了分布光纤拉曼温度传感器系统发展的现状。
釆用先进的鉺光纤脉冲激光器作为光源，测温范围:0-100°C (可扩展),温度测量不确定度:±2°C,温度分辨率:0.1°C ，测量时间:432秒,空间分辨率:4m 。
反射技术 111U Xiandong 1 WU Xiaobiao 1, Insoo S.KIM 2f Metrology, Hangzhou 310034; 2. Information & Optics Optical Technology Research Group, Korea Electrotechnology Research Institute, Seoul, 437-808, Korea) distributed optical fiber Raman temperature sensor (DOFRTS) system that use the Er pulse laser as source has been made, it use new measuring temperature principle of optical fiber amplified anti-Stokes Raman spontaneous scattering. In the s are im Key amplifica no 光纤中光的传播速度和背向光回波的时间，对所测量温度点的定位，它是光纤激光拉曼温度雷达。
电、抗射频和电磁干优，防燃、防爆、抗腐蚀、耐高电压和强电磁场、耐电离辐射，能在有害环境中安全运行是实用的“本安”型传感器。
分布式光纤传感器系统在八十年出现，十多年来，技术日趋成熟，国内外研制了产品并开始应用于煤矿、隧道的温度报警、火灾防；油库、油轮、危险品仑库、冷库、大型货轮、军火库等温度报警；各种大、中型变压器、发电机组的度分布测量，热保护和故障诊断；地下和架空高压电力电缆的热检测与监控；火力发电所的配管温度、热系统的管道、输油管道的热点检测；化工原料、照相材料及油科生产过程在线动态检测；高层建筑、 30公里远程分布光纤拉曼温张在宣1 王剑锋1 刘红林1 余向东1吴孝学院,光电子技术研究所，杭州310034; 2. 韩国电气技术研究院，汉城研制了30公里远程分布光纤拉曼温度传感器系统，采用了新的光纤放大的反斯托克斯背向拉曼自发散射测温原理，采用1550nm 掺鉺光纤激光器作为抽运源和高速瞬态波形采样技术，累加平均等信号处理技术，提高了信噪比，解决了弱信号检测问题。
采用了智能化恒温技术，使主要元器件在恒温条件下工作，解决了工程应用中环境的造应性。
远程分布光纤拉曼温度传感器系统的主要技术指标如下: 光纤长度:31公里，关鍵词 光纤传感器, 分布光纤温度传感器, 背向拉曼散射, 光纤放大的反斯托克斯拉曼自发散射，光时域30km long distance distributed optical fiber Ramantemperature sensor systemZHANG Zaixuan , WANG Jianfeng , LIU Honglin Y (1. Institute of Optoeelctronics Technology, China Institute oAbstract The progress condition of the of DOFRTS system is got out in the paper. A 30km long range ystem, 1550nm erbium-doped optical fiber laser, high speed data acquisition card and signal processing technique are used. By using these technique, the problem of weak signal detection is resolved and signal to noise ratio is increased. All components of system are put into an intellectualized constant temperature box and work in constant temperature condition. Stability and environment adaptability proved. By appraisal, performance of the system is listed as follows:length of single mode fiber: 31km, temperature rang:0-100°C (can be expanded) ,temperature measuring uncertainty:±2°C, temperature resolution:0.1°C, measurement time:432s, spatial resolution :4m.words Optical fiber sensors, distributed optical fiber temperature sensors, Raman backscattering, optical fiber,tion of anti-Stokes Raman spontaneous scattering, optical time domain reflection.（OTDR ）tech logy.1 引 言分布光纤温度传感器系统是一种用于实时测量空间温度场分布的传感系统（DOFRTS），在系统中光纤既是传输媒体也是传感媒体。
利用光纤的拉曼光谱温度效应[1,2]，光纤所处空间各点温度场调制了光纤中传输的拉曼光散射波，经解调后，将空间温度场的信息实时显示出来。
它是一个光纤测量网络；利用光纤的光时域反射（Optical time domain reflection 简称OTDR）技术，由在DOFRPTS 系统中的检测光纤不带代中期治温供自:浙江省重点科研项目（011101981）资助; 韩国科学技术部韩中光技术研究中心基金项目资助者简介:张在宣(1936-), 男,教授,中国计量学院光电子技术研究所所长，中国光学学会理事，中国计量测试学会理事。
主要事分布光纤拉曼温度传感器和激光光谱测量研究。
E-mail:zhangzx@ ∗基金项作从智能大厦、桥梁、高速公路等在线动态检测；航空、航天飞行器的在线动态检测。
已成为光纤传感技术和测技术的发展趋势。
由于它独有的特点已成为工业过程控制中的一种新的检测方法与技术。
近年来，电力电缆旳测温报警，输油输气管道的泄漏检测，煤矿的安全报警和大坝，堤坝的泄漏检测用的需要，由近程[3]、中程[4]向远程分布光纤温度传感器系统发展。
分布式光纤传感技术的原理，主要有：光纤本征型的和非本征型的两类：光纤本征型的是指光纤既是传输介质又是传感介质，主要利用光纤拉曼散射测温和布里渊散射测温和测应力，由于温度和应力效应相互交 FTR110A(BICC) DTS800MR(SANSA) FGC-W2(CIM)检应叉，分布式光纤布里渊传感系统很长一段时间不能实用，近期日本Ando 公司才有产品;非本征型的光纤仅仅是传输介质而不是传感介质，因此还需要連结传感头，近期讨论比较多的是光纤光栅传感头。
2 国内外分布式光纤拉曼光子温度传感器系统的现状对于采用光纤反斯托克斯拉曼背向散射温度效应和OTDR 原理的DOFRPTS 系统，从测量光纤长度来分有短距离、中距离、长距离和超长距离三种类型，发展现状如下：2.1 短距离DOFRPTS 系统的技术特性国内外2km LD DOFRPTS 系统的技术特性如表1所示表1 国内外短程DOFRTS 系统性能对比 Table 1The Performance of short range systemFiber length/km 2 2 2Wave length/nm 905 850 905Temperature uncertainty/℃ ±1 ±2 ±2Temperature resolution /℃ 0.1 1.0 0.1Spatial resolution/m 5 7.5 5Measuring time/s 90 12 40Main unit operation temperature range/℃ 0-30 0-40注：1 BICC Thermoheat Ltd with Hitach Cable Ltd.2 SANSA Ltd.3 CIM 中国计量学院光电子技术研究所2.2 中距离DOFRPTS 系统的技术特性外中程DOFRTS 系统性能对比Table 2The Performance of middle range systemFTR110A(BICC) DTS800MR(SANSA) FGC-W2(CIM)表2 国内Fiber length/km 10 10 10Wave length/nm 1550 1550 1550(LD)Temperature uncertainty/℃ ±1 ±2 ±2Temperature resolution /℃ 0.1 2.0 0.1Spatial resolution/m 5 8 5Measuring time/s 60 600 600Main unit operation temperature range/℃ 0-30 0-402.3 长距离、超长距离DOFRPTS 系统的技术特性表3 国内外远程DOFRTS 系统性能对比Table 3The Performance of long range systemFTR300(BICC) DTS800(SANSA) FGC-W30(CIM)Fiber length/km 30 30 30Wave length/nm 1550( LD+EDFA) 1550(LD+EDFA) 1550(Fiber Laser)Temperature uncertainty/℃ ±1 ±2 ±2Temperature resolution /℃ 0.1 2.0 0.1Spatial resolution/m 5 8 4Measuring time/s 600 600 432Main unit operation temperature range/℃ 0-30 0-40随着光纤长度的增加，光纤损耗也增加，以30公里为例，既使在1550nm 单模光纤低损耗区，前向传输的损耗达7.5dB （0.25dB/km ），背向反斯托克斯拉曼回波1450nm 单模光纤传输的损耗达10.5dB （0.35dB/km,），光纤尾端的反斯托克斯拉曼回波的总损耗达18dB 。