利用拉曼效应的光纤分布式温度传感 (DTS) 方法是二十世纪八十年代初由英国英格兰的南安普顿大学 (Southampton University) 开发的。DTS 方法以光时域反射计 (Optical Time-Domain Reflectometer, OTDR) 技术为依托，采用的是源自通信电缆测试的技术.
基于光纤的 DTS 方法用光纤取代以往常用的热电偶或电热调节器来测量温度。DTS 系统是一个经济有效的方法，能获得数以千计高分辨率的精确温度测量结果.
基于光纤的分布式温度监测在以下几种常见情况下尤其具有优势:
下面的动画片演示了 DTS 操作的基本原理。图表后面有更详细的技术说明。请注意，动画演示为英文版.
DTS 技术介绍
在 DTS 技术中，一束脉冲激光通过定向耦合器被耦合到光纤中。脉冲通过光纤传输时会因密度和成分变化以及分子振动和整体振动而使光被反向散射。在匀质光纤中，反向散射光的密度会随着时间减弱.
因为人们已经十分了解光纤中光的传输速度，所以能够根据返回的反向散射光的传输速度确定距离。因为传输光脉冲与光纤之间存在着不同的交互机制，所以反向散射光由不同的光谱组分构成
这些反向散射光谱组分包括 Rayleigh 波、布里渊散射 (Brillouin) 和拉曼谱峰或谱带。Rayleigh 反向散射组分因其密度和成分波动而成为具有最强特征的组分，并且与初始激光脉冲具有相同的波长。Rayleigh 组分决定了密度衰减曲线的主要斜率，并可用于确定光纤沿路的中断和异质成分。Rayleigh 组分对温度不敏感.
布里渊反向散射组分是因传输光脉冲的晶格振动而形成的。但是，这些谱峰离初始激光脉冲太近，因此很难从 Rayleigh 信号中分离出布里渊散射组分.
拉曼反向散射组分来自于传输光脉冲的受温度影响的分子振动。因此，其强度取决于温度。拉曼反向散射光有两个组分，对称分布在 Rayleigh 谱峰的两侧：斯托克斯 (Stokes ) 峰和反斯托克斯 (Anti-Stokes) 峰.
反斯托克斯峰的强度低于斯托克斯峰的强度，但与温度的相关性很强，而斯托克斯峰的强度则与温度的相关性较弱。通过计算反斯托克斯峰与斯托克斯峰信号的强度比，可以获得精确的温度测量值。DTS 结合了此温度测量技术和通过光传输速度测量距离的技术 ，可提供沿整个光纤逐步测定出来的温度测量值.
SensorTran 正在努力实现与 DTS 规格和性能参数相关的术语之标准化。 SensorTran 使用其自己定义的下列术语来描述其系统的操作与性能。请注意，目前并非所有供应商均按其定义使用这些术语。建议客户在对不同制造商提供的性能数据进行比较时，一定要格外注意这些定义。有关任何这些术语的澄清事宜，请向 SensorTran 发送电子邮件至：techinfo@sensortran.com.
测量时间——DTS 在给定光纤探测器上的特定距离以特定空间和采样分辨率进行特定温度分辩率的测量所需的时间段.
温度分辨率——在 20C 的温度下使用整个光纤探测器所测量之温度数据的连续 20 点标准偏差的功能性拟合.
13 秒温度分辨率（1 米的空间分辨率时）
20 点相邻温度测量的标准偏差 = 标准偏差 (X-10:X+10)
分辨率性能曲线（拟合至标准偏差）
连续 20 点标准偏差
距离
空间分辨率——测量光纤温度步长变化所需的距离。温度从 10% 变化变为 90% 变化时，会出现这种转变
空间分辨率（未柔和处理）
90% 点
10% 点
0.5 米数据采样（1 个间隔 = 0.5 米）
采样分辨率——连续温度数据点间的距离
温度精确度——使光纤探测器保持在 20C 时，整个光纤探测器之上任何连续 100 点温度平均值与实际温度间的最大差值。温度精确度只能在 DTS 正确校准后进行测量.
光纤预算（衰减）——DTS 容许的光纤探测器中的衰减（以 dB 为单位）。该值为由于分路器、连接器、开关及光纤的原因而在两个方向的衰减之和（双向衰减).
操作温度——可校准 DTS 以使其达到标称性能指标的环境条件的范围
温度范围——可对 DTS 进行配置以进行测量的光纤探测器温度的范围。[注意：因探测器状况（尤其是探测器的温度和压力）的关系，各种光纤探测器类型的使用寿命有很大的差别]
平均功耗——以 1 米空间分辨率、每 10 分钟 0.2C 的温度分辨率测量一次 4 千米距离所需的平均功耗（探测器温度为 20C )
最大功耗——DTS 能达到的最大功耗
测量范围（距离）——DTS 能够以规定的采样分辨率收集数据的最大距离
短期稳定性（24 小时）——对与系统标准范围相同距离的光纤探测器沿路的每个点计算 288 次连续 5 分钟温度测量的标准偏差。系统的短期稳定性即使用最大标准偏差来表示
基于光纤的 DTS 方法用光纤取代以往常用的热电偶或电热调节器来测量温度。DTS 系统是一个经济有效的方法，能获得数以千计高分辨率的精确温度测量结果.
基于光纤的分布式温度监测在以下几种常见情况下尤其具有优势:
-
当需要配置多个传感器时。如果必须配置多个温度传感器进行全面监测，光纤 DTS 便于安装的特点就会非常突出。一条光纤可替代多个点式传感器，所以需要做的只是设计光纤路由，以便达到所需的测量覆盖范围和分布密度.
-
当不具备传感器配置的先验知识时。当进行一个项目的先期工程时，并不总是能够确定温度传感器的正确位置。光纤传感器的高空间分辨率和大范围使工作人员能够选择工程完工后要监测的光纤部分.
-
当电子温度监测不可行时。有大量电磁噪声的情况下，从热电偶和电热调节器读取的数据会被破坏。但是，通过 DTS 读取的数据则完全是光学数据，因此不会受这种环境污染的影响.
-
当电子温度监测不安全时。出现火花的风险是所有电子系统都固有的。当被监测区域的空气存在爆炸危险时，光纤 DTS 不会出现火花危险这一特点便成为重要的安全优势.
下面的动画片演示了 DTS 操作的基本原理。图表后面有更详细的技术说明。请注意，动画演示为英文版.
DTS 技术介绍
在 DTS 技术中，一束脉冲激光通过定向耦合器被耦合到光纤中。脉冲通过光纤传输时会因密度和成分变化以及分子振动和整体振动而使光被反向散射。在匀质光纤中，反向散射光的密度会随着时间减弱.
因为人们已经十分了解光纤中光的传输速度，所以能够根据返回的反向散射光的传输速度确定距离。因为传输光脉冲与光纤之间存在着不同的交互机制，所以反向散射光由不同的光谱组分构成
这些反向散射光谱组分包括 Rayleigh 波、布里渊散射 (Brillouin) 和拉曼谱峰或谱带。Rayleigh 反向散射组分因其密度和成分波动而成为具有最强特征的组分，并且与初始激光脉冲具有相同的波长。Rayleigh 组分决定了密度衰减曲线的主要斜率，并可用于确定光纤沿路的中断和异质成分。Rayleigh 组分对温度不敏感.
布里渊反向散射组分是因传输光脉冲的晶格振动而形成的。但是，这些谱峰离初始激光脉冲太近，因此很难从 Rayleigh 信号中分离出布里渊散射组分.
拉曼反向散射组分来自于传输光脉冲的受温度影响的分子振动。因此，其强度取决于温度。拉曼反向散射光有两个组分，对称分布在 Rayleigh 谱峰的两侧：斯托克斯 (Stokes ) 峰和反斯托克斯 (Anti-Stokes) 峰.
反斯托克斯峰的强度低于斯托克斯峰的强度，但与温度的相关性很强，而斯托克斯峰的强度则与温度的相关性较弱。通过计算反斯托克斯峰与斯托克斯峰信号的强度比，可以获得精确的温度测量值。DTS 结合了此温度测量技术和通过光传输速度测量距离的技术 ，可提供沿整个光纤逐步测定出来的温度测量值.
SensorTran 正在努力实现与 DTS 规格和性能参数相关的术语之标准化。 SensorTran 使用其自己定义的下列术语来描述其系统的操作与性能。请注意，目前并非所有供应商均按其定义使用这些术语。建议客户在对不同制造商提供的性能数据进行比较时，一定要格外注意这些定义。有关任何这些术语的澄清事宜，请向 SensorTran 发送电子邮件至：techinfo@sensortran.com.
测量时间——DTS 在给定光纤探测器上的特定距离以特定空间和采样分辨率进行特定温度分辩率的测量所需的时间段.
温度分辨率——在 20C 的温度下使用整个光纤探测器所测量之温度数据的连续 20 点标准偏差的功能性拟合.
13 秒温度分辨率（1 米的空间分辨率时）20 点相邻温度测量的标准偏差 = 标准偏差 (X-10:X+10)
分辨率性能曲线（拟合至标准偏差）
连续 20 点标准偏差
距离
空间分辨率——测量光纤温度步长变化所需的距离。温度从 10% 变化变为 90% 变化时，会出现这种转变
空间分辨率（未柔和处理）90% 点
10% 点
0.5 米数据采样（1 个间隔 = 0.5 米）
采样分辨率——连续温度数据点间的距离
温度精确度——使光纤探测器保持在 20C 时，整个光纤探测器之上任何连续 100 点温度平均值与实际温度间的最大差值。温度精确度只能在 DTS 正确校准后进行测量.
光纤预算（衰减）——DTS 容许的光纤探测器中的衰减（以 dB 为单位）。该值为由于分路器、连接器、开关及光纤的原因而在两个方向的衰减之和（双向衰减).
操作温度——可校准 DTS 以使其达到标称性能指标的环境条件的范围
温度范围——可对 DTS 进行配置以进行测量的光纤探测器温度的范围。[注意：因探测器状况（尤其是探测器的温度和压力）的关系，各种光纤探测器类型的使用寿命有很大的差别]
平均功耗——以 1 米空间分辨率、每 10 分钟 0.2C 的温度分辨率测量一次 4 千米距离所需的平均功耗（探测器温度为 20C )
最大功耗——DTS 能达到的最大功耗
测量范围（距离）——DTS 能够以规定的采样分辨率收集数据的最大距离
短期稳定性（24 小时）——对与系统标准范围相同距离的光纤探测器沿路的每个点计算 288 次连续 5 分钟温度测量的标准偏差。系统的短期稳定性即使用最大标准偏差来表示
| SensorTran 的优势 | | | DTS 简要介绍 | | | 产品与应用 | | | 下载 | | | 联系信息 | |
| © 2008. SensorTran. All Rights Reserved. | |||||||||