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Distributed Temperature Sensing · Raman DTS

分布式光纤测温 DTS 系统原理与研发专题

基于 OTDR 与拉曼(Raman)散射,沿传感光纤连续获取温度分布。光翼智能提供 DTS 分立器件与 GY-DTS-M 全集成模块,助力 OEM 与科研团队快速搭建拉曼测温系统。

Stokes / Anti-Stokes 比值解调 250 MSps 双通道采集 电缆 · 油气 · 煤矿 · 管廊

一、光纤拉曼测温 DTS 原理

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分布式光纤拉曼测温 DTS 系统原理示意图
拉曼 DTS:脉冲光沿光纤传播,反斯托克斯与斯托克斯光强比反映绝对温度

分布式光纤温度传感系统(DTS)基于光纤的光时域反射(OTDR)原理与拉曼散射效应。激光脉冲与光纤分子相互作用产生瑞利、布里渊与拉曼等多种散射;其中拉曼散射由光纤分子热振动引起,产生波长较长的斯托克斯(Stokes)光与波长较短的反斯托克斯(Anti-Stokes)光。外界温度调制 Anti-Stokes 光强,Anti-Stokes 与 Stokes 的比值提供绝对温度指示,从而实现沿光纤温度场的分布式测量。

与 DVS/DAS 振动监测 不同,DTS 解调的是 Stokes / Anti-Stokes 光强比进行温度解算,典型应用于火灾预警与热隐患监测。

视频 · DTS 硬件接线与原理

二、DTS 测温系统实现

自研搭建指南 >>

研发拉曼 DTS 测温系统,需先熟悉系统光路原理与各模块功能:

拉曼测温 DTS 系统光路原理图
拉曼 DTS 典型光路:脉冲激光 → WDM → 传感光纤 → 双路 APD → 采集卡
GY-DTS-M 全集成 DTS 光纤测温模块

GY-DTS-M · 全集成 DTS 模块

将激光器、WDM、APD 与采集卡集成于单一壳体,极大简化系统复杂度。千兆网口 UDP 协议输出 Stokes 与 Anti-Stokes 原始信号,客户只需开发上位解调软件即可搭建完整 DTS 系统。

查看 GY-DTS-M 参数 >>

核心模块与功能

模块组件 功能描述
1550nm 纳秒脉冲激光器 提供 DTS 光源,典型脉宽 10ns,内部触发输出用于同步采集卡
WDM 耦合器 四端口合波,COM 接传感光缆,两路返回 Anti-Stokes 与 Stokes 光至 APD
双通道 APD 探测器 探测 Anti-Stokes 与 Stokes 光,转换为电信号
DTS 专用采集卡 250 MSps 采样率,内置平均算法,外部脉冲触发采集

三、DTS 系统配套产品

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四、DTS 温度解调算法

激光器、探测器参数差异、光纤类型与测温距离衰减等因素,都会影响解调精度。常见拉曼 DTS 解调流程如下:

  1. 从采集卡采集 Anti-Stokes 与 Stokes 光信号值
  2. 对两路曲线进行降噪处理
  3. 降噪后取比值,得到衰减曲线
  4. 对衰减曲线补偿,补偿因距离而产生的衰减,得到一条平直的曲线
  5. 根据您的解调公式,使用补偿后的曲线进行标定及温度解算
DTS 拉曼测温 Stokes 与 Anti-Stokes 解调原理图
Stokes / Anti-Stokes 比值与温度的关系示意
DTS 解调效果截图 高温50度低温0度比值曲线
实际解调效果:高温点 50℃、低温点 0℃ 的比值曲线
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