分布式光纤测温

分布式光纤测温（Distributed Temperature Sensing ）（简称DTS ）技术最早示范成功是在1981年，Southampton 大学在通讯光纤上测试成功。

DTS 系统于1986年正式投入商业化运作，在随后的时间里，伴随着光纤通讯的飞速发展，半导体激光器等一系列新技术、新产品的使用使得光纤传感行业也经历了前所未有的发展，光纤的本征特性和越来越多成功的案例充分证明光纤分布式测温系统是解决温度监测难题、火情预警与探测方面的最佳解决方案。

技术原理
DTS 技术同时用单根光缆实现温度监测和信号传输，综合利用光纤拉曼散射效应（Raman scattering ）和光时域反射测量技术（Optical Time-Domain Reflectometry ，简称OTDR ）来获取空间温度分布信息。

其中光纤拉曼散射效应（Raman scattering ）用于实现温度测量，光时域反射测量技术（Optical Time Domain Reflectometer ）用于实现温度定位，DTS 技术是近几年发展起来的一种用于实时测量空间温度场分布的高科技技术，它能够连续测量光纤沿线的温度分布情况，测量距离在可达30公里，空间定位精度达到米的数量级，能够进行不间断的自动测量，特别适宜于需要长距离、大范围多点测量的应用场合。

下面将一一介绍光纤拉曼散射效应和光时域反射测量技术。

光纤拉曼散射效应
激光光脉冲射入传感用的光纤之中，在光脉冲向前的传播过程中，由于光纤的密度、应力、材料组成、温度和弯曲变形等原因发生散射现象，有一部分的散射光会按照入射光相反的方向传播，称之为背向散射光，返回的背向散射光包括：
瑞利（RayLeigh ）散射，由光纤折射率的微小变化引起，其频率与入射光脉冲
一致。

拉曼（Raman ）散射，由光子与光声子相互作用引起，其频率与入射光脉冲相
差几十太赫兹。

布里渊（Brillouin ）散射，由光子与光纤内弹性声波场低频声子相互作用引起。

其频率与入射光脉冲相差几十吉赫兹。

针对温度检测需求，Rayleigh 散射信号对温度变化不敏感；Brillouin 散射信号的变化与温度和应力有关，但信号剥离难度大；Raman 散射信号的变化与温度有关，而且 图3.2.1 散射光组成
Raman 散射信号相对容易获取和分析，因此工业应用主要采集Raman 散射信号进行温度分析。

图3.2.2 散射图例图3.2.3 Raman散射光
Raman散射会产生两个不同频率的信号：斯托克斯(Stokes)光（比光源波长长的光）和反斯托克斯(Anti-Stokes)光（比光源波长短的光），光纤受外部温度的调制使光纤中的反斯托克斯(Anti-Stokes)光强发生变化，Anti-Stokes与Stokes的比值提供了温度的绝对指示，利用这一原理可以实现对沿光纤温度场的分布式测量。

光时域反射技术
一般将DTS测温原理和定位原理称为ROTDR，其工作机理是向被测光纤发射光脉冲，发生拉曼散射现象，在光纤中形成背向散射光和前向散射光。

其中，背向散射光向后传播至光纤的起始端（也就是光脉冲的注入端），由于每一个背向传播的散射光都对应光纤上的一个散射点，因此，根据背向散射光的行进时间便可判断出光纤上发生散射点的位臵。

d=(c×t) / 2 × (IOR)
其中，c是光在真空中的速度，而t是信号发射后到接收到信号（双程）的总时间，IOR是光纤折射率。

通过采集和分析入射光脉冲从光纤的一端（注入端）注入后在光纤内传播时产生的Raman 背向反射光的时间和强度信息得到相应的位臵和温度信息，在得知每一点的温度和位臵信息后，就可以得到一个关于整根光纤的不同位臵的温度曲线。

蔚蓝仕产品工作原理
分布式光纤测温系统的基本工作原理为：在同步控制单元的触发下，激光器产生一个大功率光脉冲，经过光路耦合器后进入一段放臵在恒温槽中的光纤（用于系统标定），然后进入传感光纤，传感光纤发生的携带温度信息的自发拉曼散射光中的背向成分沿原路返回，通过分光器后分为两束光，下接两个不同中心波长的滤波器，对应滤出斯托克斯光和反斯托克斯光，经光电探测器转化为电信号后送入数据采集与处理单元。

在数据采集与处理单元中，包括了电信号放大、去噪、算法，最后输出温度值。