光纤拉曼测温系统原理介绍及研发专题


光纤拉曼测温DTS系统原理介绍

光纤拉曼测温系统原理示意图

分布式光纤温度传感系统(DTS)目前基本原理都是基于光纤的光时域反射(OTDR)原理和光纤的拉曼散射效应。激光脉冲与光纤分子相互作用,发生多种散射,如瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射等。其中拉曼散射是由于光纤分子的热振动,它会产生一个比光源波长长的光——斯托克斯 (Stokes)光和一个比光源波长短的光——反斯托克斯(Anti-Stokes)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,利用这一原理实现对沿光纤温度场的分布式测量。更多

【视频】分布式光纤测温系统DTS的实现原理和硬件模块
[知识科普] 2023-11-24 12:33:26
视频讲解分布式光纤拉曼测温系统DTS的实现原理和硬件组件模块的接线,DTS系统需要的激光器,WDM耦合器,APD光电转换器和采集卡相关内容

光纤DTS测温系统实现

要研发DTS拉曼测温系统,先熟悉拉曼测温DTS系统的原理图

拉曼测温DTS系统的原理图

下表列出了,DTS测温系统中各关键,及功能描述

模块组件 描述
DTS用1550nm纳秒脉冲激光器 提供DTS系统的光源,发出脉冲激光,典型脉宽10ns,支持外部触发功能
WDM耦合器 WDM耦合器主要实现光路的耦合,4个端口,输入端口接脉冲激光器的输出,COM接口接传感光缆,还有2路端口返回Anti-Stokes与Stokes光,接2路APD光电探测器
双通道APD光电探测器 用于探测Anti-Stokes与Stokes光,把光信号转成电信号
DTS专用采集卡 200MSps的采样率,内置平均算法,支持脉冲输出

光纤DTS测温系统用到的产品

DTS用双通道APD光电转换模块

DTS用双通道APD光电转换模块
波长范围:1000-1700nm

DTS专用采集卡

DTS专用采集卡
最高200MSps采样率
百兆网口,TCP传输协议

DTS专用WDM耦合器

DTS专用WDM耦合器
1x3 WDM 1450/1550/1660

光纤DTS测温系统如何解调

由于激光器,光电探测器的性能参数不一样,以及选用的光纤介质不同,再加上光纤测温长度增加衰减等问题,所以当前也有一些科研人员在研究如何实现高精度的温度解调算法。一种常见的解调算法如下:
  1. 获取Anti-Stokes与Stokes光信号值:从采集卡解析出Anti-Stokes与Stokes的值
  2. 计算Anti-Stokes与Stokes的比值,该比值跟温度基本是一个线性关系
  3. 对光缆进行温度标定,拟合计算出线性关系的系数
  4. 对目标位置根据比值及系数计算出实际温度

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