光纤技术和光时域反射技术的发展奠定了分布式光纤传感技术的基础,分布式光纤传感技术在温度、应变以及振动的长距离测量中尤为突出。传统的电子传感设备由于其固定的点式传感特征,使得测量存在盲区且易受电磁干扰等。而分布式光纤传感系统具有重量轻、体积小、长距离、抗干扰性强等优点,在电厂火灾报警、桥坝缺陷故障检测以及矿井安全监测等场景有着非常广泛的实际应用。如今,分布式光纤传感温度及应变测量多采用以布里渊散射效应为主要技术的方案,然而该方案中测量的布里渊频移量对温度和应变都较为敏感,这导致了光纤温度和应变测量的交叉敏感现象,在一定程度上限制了测量灵敏度,通常要设置温度或者应变补偿装置来消除这种现象。为了简化系统结构和提高测量精度,本文提出了一种基于拉曼和瑞利散射的光纤传感系统,基于该混合方案实现了光纤温度和应变的同时测量。实验表明,该系统原理简单、结构紧凑、成本低,在使用RBF神经网络模型替代了传统的数据处理方法后,可以减少测量误差,提高温度测量精度。下面简要介绍工作内容。首先,本文阐述了光时域反射技术的空间定位原理,分析了瑞利散射、布里渊散射以及拉曼散射的测量原理,比较了这三种散射在温度、应变以及振动测量中的优缺点,最终基于本系统选择了瑞利和拉曼散射的混合方案测量温度及应变。接着介绍了分布式光纤温度及应变传感系统的设计方案,详细描述了各个器件及装置的性能参数,包括1550nm中心波长的脉冲激光器、光环形器、三带宽的波分复用器、光电探测器、数据采集卡、多模传感光纤和温度及应变调制装置等。简单介绍了数据采集卡实现A/D转换的相关代码及软件界面。随后介绍了本系统在信号处理上的优化方案,包括累加平均算法,色散补偿平移算法等。最后结合使用RBF(径向基函数)神经网络模型计算温度并与传统的双路解调算法进行比较。实验验证在使用RBF神经网络模型替代了传统的数据处理方法后,可以减少测量误差,提高温度测量精度。最后,验证了本文设计的系统在分布式光纤温度及应变传感测量中的有效性。其中温度测量精度约为±0.25℃,应变测量精度约为±0.1mm,系统空间分辨率为1m,光纤传感距离为5km。本系统具有原理简单、结构紧凑、成本低等优点,作为温度和应变同时测量的低成本分布式光纤传感系统有一定的参考及使用价值。