基于anti-Stokes Raman散射温度效应的温度解调理论研究

激光脉冲进入光纤中，与光纤分子相互作用，产生Raman散射和Raylei曲散射。由于Raman散射具有温度效应，其散射光强度受温度调制，可作为温度信息的载体，用于温度解调及测温系统设计。本文提出了可行的温度解调方法及理论推导，并推导出单通道和双通道条件下的测温关系，设计出两种条件下的传感器系统。     

基于一种高精度解调法的布里渊温度传感系统

针对采用瑞利散射和布里渊散射强度解调的分布式光纤布里渊温度传感系统中存在的系统温漂及光纤应力等噪声因素影响,提出了采用多个已知分段温度分布曲线来解调待测温度分布曲线,取其平均值作为测量值的新方法.系统实验表明,采用该解调法的分布式光纤布里渊温度传感系统能有效提高测温精度和稳定性,降低系统成本,系统的测温精度达到±0.07 K.     

基于拉曼散射原理的分布式光纤测温系统研究

在研究拉曼散射原理及其应用技术的基础上,开发了一种分布式结构的光纤测温系统。通过对光纤的拉曼散射光谱信息进行解调处理,实现了全光纤的分布式温度检测。系统达到的温度分辨率为0.3℃,空间分辨率为3m,最大测量距离为6 000m。相关的实验室和野外试验结果表明,该系统的主要性能指标能够满足实际工程的使用要求。     

单模光纤分布式喇曼温度传感系统设计

文章作者在对光纤背向喇曼散射温度效应进行理论分析的基础上,对基于反斯托克斯/斯托克斯散射光强比值型的光纤分布式喇曼温度传感系统作了详细的研究, 对系统主要器件的要求进行了计算,研制了基于单模光纤的5 km分布式温度传感器.实验表明,系统能精确地进行分布式测温,温度分辨率为1 ℃,空间分辨率为2 m.     

基于EDFA的分布式光纤喇曼温度解调技术

为了消除掺铒光纤放大器的放大自发辐射噪声对分布式光纤温度传感器测温精度的影响,采用精确的修正公式进行温度解调是一种有效手段。通过分析掺铒光纤放大器的放大自发辐射噪声对系统产生的影响,并将计算的中间结果代入理论公式获得了修正后的温度解调公式。实验中分别采用理论公式和修正公式对温度进行分布式测量并获得了实验数据。结果表明,修正后的温度解调公式有效补偿了掺铒光纤放大器噪声引起的误差,并显著提高了系统的信噪比和测温精度;修正公式可将系统的整体测温精度提高到1℃～2℃;此外,实验中观察到多模光纤中喇曼背向自发散射同样会出现放大现象,这与单模光纤中的情形类似,且放大喇曼自发散射依然具有理想的温度效应。     

分布式Raman测温系统在隧道中的应用

由于隧道半密闭的结构特殊性,有火情发生时高温和浓烟会对隧道设施和人身安全造成极大的伤害,因此监测隧道温度的分布特点对于火灾预防和及时扑灭具有重要意义。分布式温度监控系统由DTS下位机、多模传感光纤和温度解调上位机软件组成。文中介绍了分布式温度监控系统的工作原理与系统结构,说明了斯托克斯(Stokes)光和反斯托克斯(Anti-Stokes)光强的温度解调方式,将分布式Raman测温系统应用于隧道测温,通过搭建分布式温度监控系统解调得到整个隧道准确的实时温度变化情况,给出了昆玉高速山心坡隧道现场实测数据。从实际温度曲线可以看出,解调出来的温度与实际温度相差基本一致,可以应用于隧道测温现场,对隧道温度进行实时监测。     

面向分布式光纤拉曼测温的新型温度解调方法

为提高分布式光纤拉曼测温系统的测量速度和测量准确度,提出了一种自补偿光纤损耗及光纤色散的温度解调方法,并进行了实验验证。该方法对斯托克斯与反斯托克斯后向散射信号进行了损耗修正,避免了测温前对整条传感光纤进行定标处理的过程,减小了系统的运行时间;采用色散补偿平移算法对斯托克斯后向散射信号的位置进行修正,获得了与反斯托克斯后向散射信号相同位置处的斯托克斯后向散射信号的强度,降低了光纤色散对温度解调的影响,提高了系统的测温准确度。实验结果表明,当光纤传感距离为5.8km时,温度波动由9.01℃下降到0.57℃,测温准确度由5.50℃优化至0.87℃。     

基于自发Raman散射分布式光纤测温系统设计

光纤传感器是一种新发展起来的传感技术。文章介绍了基于自发Raman散射的分布式光纤测温系统的应用及其结构设计,并着重分析了在脉冲光作用下系统的测温原理,同时设计了一个新型的基于薄膜滤光片的用于Raman散射的波分复用（WDM）组件。     

30 km远程分布光纤拉曼温度传感器系统的实验研究

研制成功一套 30km远程分布光纤拉曼温度传感器 (DOFRTS)系统 ,采用了新的光纤放大的反斯托克斯背向拉曼自发散射测温原理和 15 5 0nm掺铒光纤激光器作为抽运源及高速瞬态波形采样技术 ,累加平均等信号处理技术 ,提高了信噪比 ,解决了弱信号检测问题。使用智能化恒温技术 ,使主要元器件在恒温条件下工作 ,解决了工程应用中环境的适应性问题。经鉴定 ,远程分布光纤拉曼温度传感器系统的主要技术指标如下 :光纤长度为 31km ,测温范围为 0～ 10 0℃ (可扩展 ) ,温度测量不确定度为± 2℃ ,温度分辨率为 0 1℃ ,测量时间为 4 32s,空间分辨率为 4m。最后给出了远程分布光纤温度传感器系统性能的国内外对比表     

尼龙紧包光纤的布里渊频移和温度监测研究北大核心

面向布里渊散射测温的应用领域,针对同一传感线路升温条件下,尼龙紧包光纤与裸纤的布里渊频移和温度值变化关系,介绍了布里渊散射监测原理,设计了基于BOTDA技术的尼龙紧包光纤和裸光纤的测温实验方案。分析了布里渊频移与温度间关系曲线斜率、频移量的偏离变化;探讨了同温度时布里渊频移曲线特征和频移值变化规律;提出了适合紧包光纤测温的条件。     

光纤拉曼散射效应在传感和通信技术中的应用

首先介绍光纤的拉曼(Raman)散射的原理,然后分析了泵浦光对Raman散射的影响,从分析中可以看出Raman散射的特性,从而为光纤作为传感器和放大器提供理论基础。最后介绍作者研制的分布式光纤温度传感器和通信领域的光纤拉曼放大器。     

随机分布反馈光纤激光器研究进展

随机分布反馈光纤激光器(RDFFL)是近几年才发展起来的一种新型光纤激光器。它在结构上区别于传统激光器,即无反射镜,激光的反馈通过光纤中随机分布的背向瑞利散射效应实现,因此是一种随机激光器。RDFFL通过光纤中的分布式拉曼散射效应获得增益,可实现稳定的、空间不相干的连续激光输出,被认为是一种重要的新光源,可用于非线性光学、光通信和传感等领域。对RDFFL的研究进展进行了综述,阐明了其工作原理,从理论上分析了其工作特性,并分析了其应用与发展前景。     

一种新的光纤拉曼增益系数的测量方法

拉曼增益系数是描述拉曼散射的一个基本参数,通常用小信号增益法来测量,这种方法需要信号光,缺点是整个测试过程较长,易受到抽运光和信号光不稳定性的影响.文章提出一种新的测量方法,即利用光纤的受激拉曼谱和自发辐射谱的解调来获得光纤拉曼增益系数.测量了G.652光纤的增益系数,并与小信号增益法的测量结果进行了比较.     

分布式光纤温度传感中喇曼散射的理论研究

光纤中喇曼散射理论的研究是分布式光纤温度传感重要的理论基础。文中首先介绍了喇曼散射，然后对传感光纤中的喇曼散射进行了全面的理论分析，这些分析为分布式光纤温度传感器的设计提供了有益参考。     

Design of distributed Raman temperature sensing system based on single-mode optical fiber

The distributed optical fiber temperature sensor system based on Raman scattering has developed rapidly since it was invented in 1970s. The optical wavelengths used in most of the distributed temperature optical fiber sensor system based on the Raman scattering are around from 840 to 1330 nm, and the system operates with multimode optical fibers. However, this wavelength range is not suitable for long-distance transmission due to the high attenuation and dispersion of the transmission optical fiber. A novel distributed optical fiber Raman temperature sensor system based on standard single-mode optical fiber is proposed. The system employs the wavelength of 1550 nm as the probe light and the standard communication optical fiber as the sensing medium to increase the sensing distance. This system mainly includes three modules: the probe light transmitting module, the light magnifying and transmission module, and the signal acquisition module.     

G652光纤中背向自发拉曼散射的增益特性

讨论了背向自发Raman散射脉冲在自生分布式G652光纤Raman放大器中传输的增益特性。实验发现，反Stokes Raman（ASR）和Stokes Raman（SR）自生分布式脉冲光纤Raman放大器的阈值抽运峰值功率是25．4W和18．0W。在入射功率为52W时，ASR和SR的增益分别为5．0dB和8．6dB。放大的反Stokes和Stokes背向自发Raman散射光时域反射（OTDR）曲线上放大的阈值时间位置随激发功率的增高前移并具有规律性。放大的ASR背向自发散射强度受光纤温度调制，具有温度效应，已应用于远程分布光纤Raman温度传感器系统。     

分布光纤喇曼光子传感器系统

分布光纤喇曼光子传感器（ Ｄ Ｏ Ｆ Ｒ Ｐ Ｓ） 系统是一种实时测量空间温度场、应力场和压力场的光纤网络系统。依据喇曼散射的温度效应,自发喇曼散射光子是温度信号的载体,瑞利散射光子是应力和压力信号的载体, Ｄ Ｏ Ｆ Ｒ Ｐ Ｓ 系统是一种特殊的光纤通信机,同时也是一种光纤雷达。文章讨论了系统的结构、解调方法、 Ｌ Ｄ 波长选择、系统的信噪比     

利用光纤拉曼散射温度传感系统的电力电缆温度在线监测

电力电缆线路运行温度在线检测技术是目前及时发现电力电缆线路局部过热点位置、检测运行线路的绝缘状态和计算导体载流量的首选技术措施。分布式光纤拉曼测温技术是利用激光在光纤中的传播特性,实现实时测量空间温度场分布的新技术,可以对光纤沿线的温度场进行分布式的连续检测。介绍了光纤拉曼传感技术的测温原理,以及基于此技术的电力电缆温度在线监测系统在实际中的应用,获得了一些仿真结果,并同传统的测温技术进行了详细的比较,说明分布式光纤拉曼测温系统应用于电力电缆在线监测的优势,适合于推广使用。