1、系统组成

一个标准的分布式光纤测温系统包含如下组件 ：

分布式光纤测温主机系统（DTS）

包括：开关电源模块、模拟电源模块、光电转换和放大器模块、模数转换与数字信号处理模块、激光器和控制模块

温度监测软件系统

包括：温度数据监测软件、报警控制软件

温度传感系统

包括：感温光缆（耐高温铠装光缆、普通铠装光缆）

其他组件

包括：工控机、显示器

2.1.1 光纤测温主机

监测主机是系统的核心部件，实现光信号发生、背向散射信号的光谱分析、光电转换、信号放大和信号处理的功能，采用电源和数据总线的模块化结构.。

2.1.2矿用感温光缆

根据测温目的的不同，光缆敷设方式的不同，我们提供多种型式的感温光缆供用户选择。用于火情监测时，光缆带钢丝铠装，耐温可达几百度，以下介绍一种标准感温光缆的技术规范：

技术参数如下：

表3.2 光缆技术参数表

标准感温光缆包括2根型号为多模GI62.5/125 um的独立光纤, 填充增水性材料保护光纤，黑色或红色，带长度计米标志，直径5 mm 0.2 mm。

2.2技术指标

矿用本安型分布式光纤测温主机

矿用隔爆兼本安型分布式光纤测温主机

2.3系统原理

光纤测温的原理是依据后向拉曼（Raman）散射效应。激光脉冲从光纤中的一端进入，在向前传播中光纤分子相互作用，发生多种类型的散射。其中拉曼散射是由于光纤分子的热振动产生一个比光源波长长的光，称斯托克斯（Stokes）光，和一个比光源波长短的光，称为反斯托克斯（Anti-Stokes）光。反斯托克斯光信号的强度对温度影响比较敏感。从光波导内任何一点的反斯托克斯光信号和斯托克斯光信号强度的比例中，可以得到该点的温度信息。利用光时域反射（OTDR）原理即通过光纤中光波的传输速度和背向光回波的时间对这些热点进行定位。利用以上技术原理即可实现对沿光纤温度场的分布式测量（如图所示）。

图2.1

图2.2   散射光谱分析

光时域反射技术（即OTDR原理）是对空间分布的温度实现空间测量的理论基础[3]。激光脉冲在光纤中传输时，在时域里，入射光经过背向散射返回到光纤入射端所需时间为t，激光脉冲在光纤中所走过的路程为2L，有：

V为光在光纤中传输速度；C为真空中的光速；n为光纤折射率。

图2.5   光纤后向散射原理示意图

光纤分布式测温系统集光纤通讯、光纤传感、信号解调、报警控制等功能于一体。系统可分为五大组成部分：光信号发射模块、光信号接收模块、光波分复用模块、DSP数据处理模块以及定标控温模块。系统利用半导体激光器产生窄脉宽光脉冲信号进入光纤，经过光波分复用装置，将产生的拉曼散射光耦合至光电探测模块，由于受温度影响的反斯托克斯光信号很弱，采用双路微信号光电探测APD以及信号放大电路进行光信号和电信号之间的转换，将转换后相应的电压值经DSP高速处理芯片进行数据采集以及初步解调。

其中，k为玻尔兹曼常数，h为普朗克常数；c为真空中的光速；k为波尔兹曼常数；V0为入射光频度；T为绝对温度。

由上式可以看出，要得知光纤所处环境的实时温度T,必须知道T0,所以系统中引入一段定标光纤，对于固定的温度（控温模块定标温度）有：

所以有以上各式可以看出，温度信息T只是与光纤固定参数以及定标温度有关的量。