郝立钢
摘 要：本文所研究的分布式光纤温度检测系统的测温原理是通过光源发出的光在光纤中发生拉曼散射，产生斯托克斯光和反斯托克斯光，其中反斯托克斯光是携带温度信息的微弱光，通过斯托克斯光对反斯托克斯光解调的方法对光纤沿线的温度进行监测。
关键词：温度 拉曼散射 斯托克斯光 反斯托克斯光
中图分类号：TN25-39 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）08（a）-0154-02
随着我国科学技术的快速发展，光纤通信技术也被广泛地应用到社会的各个领域之中，人们对光纤技术的发展也格外地关注，其中分布式光纤温度传感技术也得到了相应的发展。分布式光纤温度传感系统是将光纤作为传输介质，采用拉曼散射（Raman scattering）和光时域反射（OTDR）技术，测量出光纤沿线不同位置点上温度。
光纤传感技术较传统的电传感技术来讲具有很多方面的优势，例如，耗能较少、传输速度较快、抗电磁干扰以及耐腐蚀性较高等。光纤传感技术的这些优点使得其特别适用于易燃易爆以及一些电磁干扰较强的特殊环境之中。总的来说，光纤传感技术主要有以下几个方面的优点：
（1）高灵敏度，抗电磁干扰。
（2）光纤本身具有较好的柔韧性，可以适应各种检测需要。
（3）传输速度较快，耗能低。
（4）测量结果比较准确，动态响应的范围也大。
（5）可移植性比较强，可以根据需要制作成不同物理量的传感器。
（6）可嵌入性强，方便计算机与光纤系统连接，有利于对系统的遥测和控制。
1 拉曼散射原理
拉曼散射又称拉曼效应，是由印度物理学家拉曼在1928年发现的。拉曼效应其实就是散射现象中的一种特殊效应，是光在介质传播中产生的，当光照射在物质上时，会发生弹性散射和非弹性散射两种现象，前者的散射光与激发光波长相同，后者的散射光既有比激发光波长的光，也有比其短的光，這些散射光被统称为拉曼散射。
拉曼散射的运动方程表示为：++=
式中：为分子振动坐标，为分子的阻尼系数，表示作用力，vv表示分子振动频率，m是分子质量[1]。
2 分布式光纤温度检测系统的结构组成
分布式光纤温度检测系统的光源产生脉冲光，光纤放大器对弱光信号进行放大，经耦合器耦合到传感光纤中，脉冲光在传感光纤的各点位置上发生后向拉曼散射，后向散射光经过光纤通道进入到耦合器，耦合到传输通道，通过波分复用器分离出斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光，然后分别进入到光电检测器进行光电信号的转换，再经过放大器放大后，送到数据采集卡对温度信号进行采集，并将采集到的信号送入计算机进行处理。
3 光纤温度检测系统的信号提取
小波分析理论：小波分析是一种窗口的大小固定、形状可变的时频局部化信号分析方法，即在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率，在高频部分具有较高的时间分辨率和较低频率分辨率。
设，其中表示平方可积的实数空间，即能量有限的空间信号。其傅里叶变换为。当满足容许条件：
<∞
此时，称为基小波。由容许条件可以推出：基小波至少必须满足，也即。也就是必须具有带通性质。
将母小波经伸缩和平移得小波序列，又称子小波：
由上式可知，对不同的频率成分，在时域上的取样步长为，是可调的，高频者（对应小的m值）采样步长大。也就是说，小波变换能实现了窗口的大小固定，形状可变的时频局部化。
4 分布式光纤温度检测系统的软件设计
分布式光纤温度检测系统在设计的时候结合了LabVIEW平台设计，这种结合能够使该系统具有实时监测光纤沿线温度变化情况的功能，若是监测区域内出现温度过高的情况时，就会触发报警系统。除此之外，该系统还能够计算出温度异常可能导致火灾的概率，并计算出火灾点的位置，以此为光纤系统的消防工作提供可靠的信息。
分布式光纤温度监测系统的工作流程包括以下几个方面的内容：
（1）该系统最重要的是信号的采集与处理部分，其工作原理如下：在系统检测到光纤沿线的温度情况后，会利用波分复用器将拉曼散射光从斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光中分离出来，随后经由光电探测器将拉曼散射光的光信号转化成电信号，电信号经由数据采集卡的A/D转换后会被传输到计算机上，采集的信号经过计算机处理后会将数据存储在计算机硬盘上。
（2）计算机在收到采集的信息后，会对信息进行特殊的处理，这种处理的最主要目的是检测光纤沿线是否出现温度过高的问题，若是出现此类情况，则会触发消防系统，以免火灾发生。
（3）若是光纤沿线的温度没有达到引起火灾发生的温度时，检测系统会将其设置为正常运行状态，并继续对其进行实时监测，如果光线沿线某个位置的温度过于异常，可能会导致火灾的发生，这时检测系统会将其设置为非正常运行状态，立刻触发声光报警系统，并对异常点进行定位。
5 结语
总的来说，光纤已经成为现代生活中必不可少的一部分，其具有较好的传光性能而且传输速度较快、抗电磁干扰以及耐腐蚀性较高。目前，一些发达国家已经将光纤技术广泛应用在工业、军事、交通运输等各个领域之中，并且取得了非常好的效果。我国在光纤技术开发方面与一些发达国家相比起步较晚，但是对其非常重视。目前，我国已经将光纤传感技术列为国家重点研究项目，国内许多高等学校、科研机构和企业部门都已经开展了光纤传感技术的研究工作。
参考文献
[1]张正文.分布式光纤温度传感系统的设计及优化[D].安徽理工大学，2016.
[2]刘道永.光纤分布式温度检测在火灾报警系统中的应用[J].四川有色金属，2005（2）：34-37.
[3]蒙明朝，刘颖.火灾报警中的分布式光纤温度传感系统设计[J].消防科学与技术，2003（3）：226-229.endprint
