【摘 要】
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分布式光纤拉曼温度传感系统具有分布式测温、精度高、耐腐蚀、抗干扰能力强、质量轻、体积小和低成本等优点,广泛应用于航空、石油、电力、煤矿、水利、交通、化工、军工、船舶和建筑等领域。分布式光纤拉曼温度传感系统是根据光纤后向拉曼散射的温度效应测出环境中的温度信息,通过光时域反射技术（OTDR）对光纤进行定位,能实时连续测量整条光纤链路中的温度分布场。本文研制分布式光纤拉曼温度传感系统,主要工作如下:（1
【基金项目】
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广西研究生教育创新计划项目（项目编号:YCSW2021092）
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分布式光纤拉曼温度传感系统具有分布式测温、精度高、耐腐蚀、抗干扰能力强、质量轻、体积小和低成本等优点,广泛应用于航空、石油、电力、煤矿、水利、交通、化工、军工、船舶和建筑等领域。分布式光纤拉曼温度传感系统是根据光纤后向拉曼散射的温度效应测出环境中的温度信息,通过光时域反射技术（OTDR）对光纤进行定位,能实时连续测量整条光纤链路中的温度分布场。本文研制分布式光纤拉曼温度传感系统,主要工作如下:（1）分布式光纤拉曼温度传感系统总体方案设计。本文经过阅读大量文献和理论分析后,确定了基于拉曼散射斯托克斯（Stokes）信号和拉曼散射反斯托克斯（anti-Stokes）信号解调的分布式光纤拉曼温度传感系统设计方案,并对实现该方案的关键技术进行分析。（2）完成脉冲激光器的研制。首先设计了脉冲激光器关键器件之1550 nm种子光源、980 nm泵浦的驱动器,然后基于主振荡功率放大（MOPA）结构对1550 nm种子光放大,完成脉冲激光器设计及实现。脉冲激光器频率、脉宽可调,设置频率为10 k Hz,脉宽为20 ns,当980 nm泵浦功率为350 m W时,脉冲激光器输出峰值功率为25 W;当泵浦功率为450 m W时,脉冲激光器输出峰值功率为36.295 W。（3）完成信号采集处理系统的研制。通过设计的双路雪崩光电探测器和基于FPGA的双路采样率为100 MHz、存储深度为16384个12位数据、累加次数高达16384次的高速采集卡,实现对拉曼光信号采集,利用高效线性累加方法对数据进行处理,提高信噪比和降低运行时间,有效还原微弱拉曼信号。（4）系统集成及测试。为了实现分布式光纤拉曼温度传感系统集成,本文基于QT软件设计了人机交互界面。然后对脉冲激光器、信号采集处理系统和上位机软件系统集成,实现分布式光纤拉曼温度传感系统整机研制及测试分析,测试结果表明系统空间分辨率为2 m;在传感距离为918 m下,温度精度为1.3℃;理论上传感距离为12 km,当传感距离为4.986 km时,单次测量用时为1.385 s,累加平均16384次,用时为2.204s。
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