光纤拉曼测温系统原理介绍及研发专题
一、光纤拉曼测温DTS系统原理介绍
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
二、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
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 |
三、光纤DTS测温系统用到的产品
1550nm纳秒脉冲激光器DTS测温系统专用
峰值功率30W，脉冲10ns
DTS用双通道APD光电转换模块
波长范围：1000-1700nm
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
1x3 WDM 1450/1550/1660
四、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：
- 获取Anti-Stokes与Stokes光信号值：从采集卡解析出Anti-Stokes与Stokes的值
- 计算Anti-Stokes与Stokes的比值，获取衰减曲线
- 对衰减曲线进行补偿，补偿后的曲线跟温度基本是一个线性关系
- 对光缆进行温度标定，拟合计算出线性关系的系数
- 对目标位置根据比值及系数计算出实际温度
解调算法库： https://github.com/glgyzn/dtslib/tree/main
该DTS解调算法库采用DLL形式，您可以用您喜欢的编程语言进行调用，例如Python， C++等。
该DTS解调算法库采用DLL形式，您可以用您喜欢的编程语言进行调用，例如Python， C++等。
