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Abstract

- II -

Abstract

The Distributed optical fiber Temperature measurement System(DTS) can detcect the

optical fiber temperature change over time in different location information continuously

that using an ordinary optical fiber as a sensing element and signal transmision medium.

Optical frequency domain after reflection technique (OFDR) is based on the analysis to the

characteristics of the reflected light in frequency domain to obtain the temperature

information , its improvement of spatial resolution is not dependent on the bandwidth of

this thesis designed the light source drive and modulation circuit, APD bias and sampling

circuit, and analyzed the subsequent amplification circuit parameters, these circuits can be

used for the follow-up test platform building work reference. Finally, the paper puts

forward the model of single-channel collection; we can demodulate the information of

temperature only through the antistokes single information from sampling circuit of the

system; meanwhile,this paper analyses the selection of optical fiber mode and the system

resolution, simulates the temperature distribution in the single-mode fiber, and analyzes the

discretization error.

Through simulation analysis, when using single channel model, single mode fiber is

more suitable for use in long range; resolution is associated with modulation frequency

目录

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目录

1.3 论文研究的主要内容 .............................................................................................. 6

1.4 论文的组织结构 ...................................................................................................... 6

第二章 分布式光纤温度传感器概述 8

2.1 光纤介绍 .................................................................................................................. 8

2.2 拉曼散射介绍 ........................................................................................................ 10

第三章 分布式光纤测温系统模型分析 17

3.1 常用 DTS 模型简介 ............................................................................................... 17

3.2 ROFDR 模型原理分析 .......................................................................................... 20

3.3 本章小结 ................................................................................................................ 23

第四章 DTS 的相关硬件设计 24

§4.1 光源的选择 .......................................................................................................... 24

§4.2 信号源的设计选择 .............................................................................................. 28

§4.3 光纤的选择 .......................................................................................................... 29

§4.5 光纤分光器件介绍 .............................................................................................. 29

第五章 反斯托克斯光单路采集模型分析与仿真 38

§5.1 基于 ROFDR 的反斯托克斯光单路采集模型分析 .......................................... 38

第六章 总结与展望 50

§6.1 工作总结 .............................................................................................................. 50

§6.2 工作展望 .............................................................................................................. 50

参考文献 52

致谢 55

作者在攻读硕士期间主要研究成果 56

础的，譬如热敏电阻和热电偶都是典型的以电信号为基础的电子传感器，其特点是结

构精简，测量精度高以及成本低廉

。因此在科学研究，工业生产等领域被广泛运

用。但是在实际工业运用中会存在可以燃烧的介质，以及极易爆炸的环境，同时还有

很强的电磁干扰；在这些恶劣环境下，会对带电粒子的移动产生很大的影响，以电为

传导传感介质的温度测试传感器的结果会受到严重影响。

随着激光器的制造技术的进步，光作为信息载体在现代通信、检测以及测量领域

得到广泛的运用，光纤传感技术也得到极大发展。光在光导纤维中传输时，由于外界

温度和外部压力的作用，以及电磁场的干扰，导致光子与光导纤维中的粒子改变，影

要检测外界物理量变化对光的影响因子；非功能光纤只是激光信号的传输媒介，无法

进行检测，需要另外的传感器探头。

若要从影响因子中获得需要的物理量，首先需要对激光信号进行调制。而激光的

调制根据调制部分的不同又分为许多种；最主流的调制方法包括对激光的幅度进行调

制，对相位进行调制，对频率进行调制，还有对激光的偏振态进行调制

现在的工业进程飞速发展，在某些场合，譬如整个大厦的温度分布，整个大坝坝

基的压力分布，整个电子实验室的磁场强弱分布，航天器起飞时表面的温度以及压力

分布等，都需要工作人员对空间环境的某些物理量进行定量分析和实时监控，在这种

情况下传统的传感技术由于是点之间的测量，无法满足大型空间的的场测量要求

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度分布就需要大量的传感探头，还需要安装传输线，同时大量的维护等工作进行起来

会有很大的困难

在一些特殊场合，比如海底的隧道防漏检测，海底光纤的损害测试，海洋潜艇压

力分布测试，大坝地基防漏检测，大型建筑以及地铁隧道的空间温度分布，高压变压

器及长距离高压电缆的温度检测，航空器表面温度检测，甚至在一些可燃性，有毒环

境，核辐射环境，还有在一些强磁性环境等不适合人类行动的环境下，普通的点式传

感器因为无法测试长距离，无法在特殊环境下正常运作等原因，其运用受到很大的限

制

。光纤温度传感技术可进行超远距离的在整个空间的温度实时监控。由于其精度

高的同时抗干扰性好，检测范围广，可用于以上的特殊场合。由于光纤温度传感器在

低，与多点测量相比具有更高的实用价值。

分布式光纤测温传感器优势在于

：

（1） 光纤本身的材质是绝缘，能在易燃、易腐、易爆环境下正常工作。

（2） 系统传输的是光信号，具有很强的抗磁性。

（3） 光纤传输速度基本是光的传播速度，可以在很短的时间内对长达几十千米

的传输光纤的任意点的温度进行准确测量。

（4） 可拓展到多维空间，实现多维空间的分布式温度测试。