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来源：百度文库 编辑：偶看新闻 时间：2024/04/29 16:47:39
分布式光线测温设备的工作原理

DTS系统基于 Raman 散射(Raman scattering)和 Raman 光学时域反射测量技术(Raman Optical Time-Domain Reflectometry)(Raman OTDR)

  1. Raman散射
    　　激光光脉冲射入传感光纤在向前的传播过程中，由于光纤密度、应力、材料组成、温度和弯曲变形等原因发生散射，有一部分散射光会按照入射光相反的方向传播，称之为背向散射光。背向散射光由3种成分组成，RayLeigh 散射、Raman 散射、Brillouin 散射。

    　　其中，Raman 散射信号的变化与温度有关，而且 Raman 散射信号相对容易获取和分析，因此一般采集 Raman 散射信号进行温度分析。

    　　入射光激发晶格谐振造成散射光的频率发生位移，会产生两个对应的不同频率的信号，斯托克斯和反斯托克斯。Raman散射产生的两束光发生的频率位移如图3所示。斯托克斯信号与温度无关, 反斯托克斯信号和温度有关，因此通过比较光波导内任一点的斯托克斯信号和反斯托克斯信号即可得到该点的温度信息，。通过背向反射光的行进时间和光速的函数关系可得知位置信息。


  2. Raman 光学时域反射 (Raman OTDR)
    　　光学时域反射（OTDR）技术的工作机理是向被测光纤发射光脉冲，该光脉冲通过光纤时有一部分光会偏离原来的传播向空间发生散射现象，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即光脉冲的注入端，经过定向耦合器到达光电检测单元。由于每一束背向散射光都对应光纤上的一个散射点，背向散射光的行进时间即反应在光纤上发生散射点的位置。

    　　我们采集Raman散射信号并对之分析，也就是针对 Raman 散射信号采用光学时域反射 (OTDR) 测量技术。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 反射光的时间和强度信息得到相应的位置和温度信息。

  3. 分布式光线测温系统的实现原理
    　　在同步控制单元的触发下，激光光源产生一束光脉冲，并注入激光器尾纤中，从激光器尾纤输出的光脉冲要经过光路耦合器后进入一段放置在恒温槽中的光纤（用于系统标定），然后进入传感光纤。当激光在光纤中发生散射后，携带有温度信息的喇曼后向散射光将返回到光路耦合器中，光路耦合器不但可以将“发射机”产生的光脉冲直接耦合至传感光纤，而且还可以将散射回来的不同于发射波长的喇曼散射光耦合至分光器。分光器由两个不同中心波长的光滤波器组成，它们分别滤出斯托克斯信号和反斯托克斯信号信号，两路光信号经过接收机时进行光电转换和放大，然后由数据采集单元进行高速数据采样并转换为数字量，最后经过对信号进一步处理（提高信噪比），用于温度的计算。
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