光纖拉曼測溫系統(tǒng)原理介紹及研發(fā)專題
一、光纖拉曼測溫DTS系統(tǒng)原理介紹
分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)（DTS）目前基本原理都是基于光纖的光時域反射（OTDR）原理和光纖的拉曼散射效應(yīng)。激光脈沖與光纖分子相互作用，發(fā)生多種散射，如瑞利散射、布里淵散射和拉曼散射等。其中拉曼散射是由于光纖分子的熱振動，它會產(chǎn)生一個比光源波長長的光——斯托克斯 （Stokes）光和一個比光源波長短的光——反斯托克斯（Anti-Stokes）光。光纖受外部溫度的調(diào)制使光纖中的反斯托克斯（Anti-Stokes）光強(qiáng)發(fā)生變化，Anti-Stokes與Stokes的比值提供了溫度的絕對指示，利用這一原理實(shí)現(xiàn)對沿光纖溫度場的分布式測量。更多
二、光纖DTS測溫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
要研發(fā)DTS拉曼測溫系統(tǒng)，先熟悉拉曼測溫DTS系統(tǒng)的原理圖
DTS集成模塊
GY-DTS-M 是光翼智能推出的一款DTS集成模塊，該模塊中把激光器+WDM+APD+采集卡進(jìn)行了集成，極大簡化了系統(tǒng)的復(fù)雜性，采用千兆網(wǎng)口UDP協(xié)議進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，模塊可以輸出斯托克斯光和反斯托克斯光信號。
下表列出了，DTS測溫系統(tǒng)中各關(guān)鍵，及功能描述
| 模塊組件 | 描述 |
|---|---|
| DTS用1550nm納秒脈沖激光器 | 提供DTS系統(tǒng)的光源，發(fā)出脈沖激光，典型脈寬10ns，內(nèi)部觸發(fā)信號輸出用于觸發(fā)采集卡 |
| WDM耦合器 | WDM耦合器主要實(shí)現(xiàn)光路的耦合，4個端口，輸入端口接脈沖激光器的輸出，COM接口接傳感光纜，還有2路端口返回Anti-Stokes與Stokes光，接2路APD光電探測器 |
| 雙通道APD光電探測器 | 用于探測Anti-Stokes與Stokes光，把光信號轉(zhuǎn)成電信號 |
| DTS專用采集卡 | 250MSps的采樣率，內(nèi)置平均算法，外部脈沖輸入觸發(fā)采集卡進(jìn)行采集 |
三、光纖DTS測溫系統(tǒng)用到的產(chǎn)品
1550nm納秒脈沖激光器DTS測溫系統(tǒng)專用
峰值功率30W，脈沖10ns
DTS用雙通道APD光電轉(zhuǎn)換模塊
波長范圍：1000-1700nm
DTS專用采集卡
250MSps采樣率
UDP傳輸協(xié)議
DTS專用WDM耦合器
1x3 WDM 1450/1550/1660
四、光纖DTS測溫系統(tǒng)如何解調(diào)
- 獲取Anti-Stokes與Stokes光信號值：從采集卡解析出Anti-Stokes與Stokes的值
- 對Anti-Stokes與Stokes的曲線進(jìn)行降噪處理
- 對Anti-Stokes與Stokes降噪后曲線取比值，獲取比值的衰減曲線
- 對衰減曲線進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償后的曲線跟溫度基本是一個線性關(guān)系
- 對光纜進(jìn)行溫度標(biāo)定，擬合計算出線性關(guān)系的系數(shù)
- 對目標(biāo)位置根據(jù)比值及系數(shù)計算出實(shí)際溫度
