基于拉曼散射的温度传感器系统

基于拉曼散射的温度传感器系统摘要：分布式光纤传感技术于20世纪70年代问世以来，逐步成为传感领域最有前途的技术之一，并在各种工程实践中得到应用。本文介绍了一种基于拉曼散射的光纤分布式温度传感系统，分析

基于拉曼散射的温度传感器系统 摘要： 分布式光纤传感技术于20世纪70年代问世以来，逐步成为传感领域最 有前途的技术之一，并在各种工程实践中得到应用。本文介绍了一种基于拉曼散 射的光纤分布式温度传感系统，分析了系统的各项技术指标，给出了系统框图， 最后讨论了提高系统信噪比的数据处理方法。 关键词： 拉曼散射，OTDR，光纤分布式传感，数据处理 1. 引言 拉曼分布式光纤传感系统是一种利用光波在光纤中的传输特性，实时测量空 间温度场分布的传感系统。在此系统中，光纤既是传感介质，又是被测量的传输 介质，由于系统可以在很大的空间范围内连续的进行传感，同时又具备抗电磁干 扰能力强、结构简单、安全性好、性价比高等优点，因此被广泛的应用于管道泄 漏监测、油气油井里温度分布监测、仓库高层建筑的火灾防护以及各大发电机组 的温度测量等生活与工业领域中。拉曼分布式光纤传感系统首先将高功率窄光脉 冲送入光纤，然后通过探测器对背向拉曼散射光进行探测，基于光纤拉曼散射的 温度效应将温度信号解调出来并利用OTDR技术对温度信号空间定位，最后，对 采集到的温度信息处理并实时显示出来。 2. 光纤背向拉曼散射的温度效应 在任何分子介质中，光通过介质时由于入射光与分子运动相互作用会引起的 频率发生变化的散射，此过程为拉曼散射。拉曼散射的量子力学描述如下：分子 吸收频率为V0的光子，发射V0-Vi的光子，同时分子从低能态跃迁到高能态（对 应斯托克斯光）；分子吸收频率为V0的光子，发射V0+Vi的光子，同时分子从高 能态跃迁到低能态（反斯托克斯光）。 拉曼散射由分子热运动引起，所以拉曼散射光可以携带散射点的温度信息。