分布式光纖測溫原理介紹

　　分布式光纖溫度傳感系統DTS是基於光纖拉曼（Raman)散射現象。雷射器光源發出的光脈衝與光纖分子相互作用，發生散射，散射光有多種類型，如：瑞利（Rayleigh）散射、布裡淵（Brillouin）散射和拉曼（Raman）散射等。其中拉曼散射是與光纖分子的熱振動相關聯的，因而對溫度有敏感，可以用來進行溫度測量。在光纖中，散射信號是連續的，通過使用高速信號採集技術測量入射光和拉曼散射光之間的時間間隔，可以得到拉曼散射光發生的位置，由於拉曼散射光對溫度敏感，所以可以沿著光纖測量到相應的溫度分布。

　　作為一種傳輸媒介 ，光纖一般被認為是一種無源介質。但是在非線性領域 ，光纖卻表現出一種很強的有源特性。非線性效應對光纖通信是非常不利的 ，但是對於光纖的其它應用 ，如光放大、光振蕩以及光調製等方面 ，卻意義重大 ，同時在傳感技術方面也有潛在的應用前景 。光散射是光與物質相互作用的一種表現形式 ，它是以介質的不均勻性為前提的 。當光通過介質時 ，大部分光將透射過去 ，但有一部分光則偏離原來的傳播方向而散射 。光散射的特性與介質的成分、結構、均勻性及物態變化都有密切的關係。在宏觀上可看作是由介質的光學不均勻性或折射率的不均勻性引起的。

　　具體如下：

　　分布式光纖溫度檢測技術的原理是依據後向拉曼(Raman)散射效應 。當輸入波長為 1550 nm 或 1310nm 的雷射脈衝與光纖分子相互作用 ，發生多種散射 ，如瑞利(Rayleigh)散射、布裡淵(Brillouin)散射和拉曼散射等 ，如圖 1 所示。

        其中拉曼散射與光纖分子的熱振動密切相關。從量子理論能級的觀點來看 ，拉曼散射是由光子的非彈性碰撞引起的。以雙原子分子的能級為例 ，拉曼散射過程的能級如圖 2 所示。

　　圖 2 中 E1、E2分別表示分子振動的基態和激發態。假定注入光纖的雷射頻率為υ0， 光子的能量為 hυ0；當分子從振動基態 E1(或振動激發態 E2)被入射光激發到能級 E1+ hυ0(或 E2+ hυ0)的虛態 ， 又回到振動基態 E1(或振動激發態 E2)， 散射出頻率為υ0的光子 ， 這一過程稱為瑞利散射 。