基于ROFDR的分布式光纖測溫系統模型分析

摘 要：分析了功率調制型光頻域后向拉曼散射理論模型的基本特征，研究了以光頻域后向拉曼散射為基礎的分布式光纖測溫系統中測量距離與分辨率的限制。對該模型的頻域算法加以仿真并給出了仿真結果，對還原空間分布函數的方案有一定的價值。

關鍵詞：拉曼散射 光頻域反射 分布式光纖測溫

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（b）-0012-02

分布式光纖測溫系統（DTS）采用的光頻域反射技術相對于光時域技術具有噪聲低，空間和溫度分辨率高，無需高速采樣等優點而被作被廣大科研工作者所關注[1]。

本文從模型仿真的角度，詳細分析了光頻域拉曼反射信號的理論表達式[2]，采集激光信號，反斯托克斯拉曼散射光兩路信號的方案，對該模型進行了推導和仿真，對頻域采樣函數進行數值模擬，得出了最優的頻域參數。

1 基于ROFDR的DTS結構

如（圖1），將激光器中發出的一束頻率為f0的激光以頻率為fm的正弦信號調制，fm為一組等距離遞增的頻率。將調制后的光經過分束一部分耦合進測試光纖，然后對反射回來的反斯托克斯光用雪崩二極管檢測，經過分束的另一部分輸入光用光電二極管檢測，將兩路功率信號送入數據處理系統，可得出沿測試光纖的溫度分布情況（圖1）。

2 ROFDR模型原理分析

3 參數要求與仿真分析

4 結論

本文對早期較為成熟的ROFDR模型進行了推導[4]，采用快速IFFT變換對頻域響應函數進行處理，取消對斯托克斯光的采集，簡化了ROFDR模型，同時對空間分辨率和最大測試距離因素加以推導，對空間采樣函數進行數值模擬，得出了合適的調制頻率步長和最大調制頻率，并還原了單一溫度下的光纖的溫度分布，對研究ROFDR技術有一定的參考性。

參考文獻

[1]耿軍平，許家棟，郭陳江，等.全分布式光纖溫度傳感器研究的進展及趨勢[J].傳感器技術，2001（2）.

[2]耿軍平，許家棟，李焱，等.基于光頻域喇曼散射的全分布式光纖溫傳感器模型研究[J].光子學報，2002（10）.

[3]李偉良.光頻域喇曼反射光纖溫度傳感器的頻域參量設計[J].光子學報，2008（1）.

[4] Ahangrani M，Gogolla T.Spontaneous Raman scattering in optical fibers with modulated temperature Raman remote sensing.Journal of Lightwave Technology.1999，17（8）：1379-1391.