光纤传感技术是国民经济的基础性、战略性产业,目前,基于拉曼散射的光纤传感技术已经得到一定程度的应用,尤其在交通基础设施、智能电网及输气管道的温度监测领域。现有分布式光纤拉曼传感技术存在传感距离较短、运行时间较长、测量精度较低及无法提前预警的难题。基于此,本文首先提出双段参考光纤散射信号强度差分算法、色散补偿平移算法和小波模极大值去噪算法优化了系统的传感距离、测温精度和测量时间。其次建立了基于数据挖掘和融合技术的超前预警模型,解决了当前分布式光纤拉曼测温仪无法对下一时段温度进行预警的难题。同时基于LabVIEW并结合MATLAB开发平台研发了一款新型智能人机交互上位机系统,该系统可实现定标校准、光纤长度检测、温度解调、温度显示、光纤沿线异常报警、光纤沿线温度预测和历史数据调用等功能。最后依托上述技术集成了一款新型光纤拉曼测温系统,并将此光纤测温系统应用大型建筑物和沁水天然气输气管道的温度安全监测中。本文的主要研究内容如下:(1)提出了双段参考光纤散射信号强度差分算法,利用该算法对反斯托克斯与斯托克斯后向散射光进行衰减修正后,系统可以直接利用修正后的光强比值曲线解调温度信息,无需在测温前进行定标处理,优化了系统的运行时间;(2)提出了色散补偿平移算法,在解调过程中对斯托克斯信号进行平移处理,使其平移点对应的散射位置与反斯托克斯信号的散射位置一致,从而消除因光纤色散导致系统出现的测量误差。实验结果显示在5.8 km的传感距离上,系统测温精度从5.5℃优化至0.87 ℃,温度波动范围从9.01 ℃下降到0.57 ℃;(3)提出了一种基于小波模极大值去噪算法,提高了分布式光纤拉曼测温仪的温度分辨率,使其在11.5 km的传感距离上温度波动幅度由5.98 ℃减小到1.23℃;(4)提出了基于数据挖掘和融合技术的超前预警技术,对拉曼测温仪的历史温度数据进行分析并建立温度预测模型,实现了 60 s后传感光纤沿线的温度准确预测,解决了当前分布式光纤拉曼测温仪无法对下一时段温度进行预测报警的难题;(5)在Lab VIEW和MATLAB平台上研发了一款人机交互上位机系统,该系统可实现定标校准、光纤长度检测、温度解调、温度显示、光纤沿线异常报警、光纤沿线温度预测和历史数据调用等功能;(6)研发了一款新型光纤拉曼测温仪,并实验得出了 30km的传感距离、±1℃的测温精度、2m的定位精度和3.4m的空间分辨率。最后将光纤测温仪应用于大型建筑物和沁水输气管道的温度监测中。