1 引言
    光纤具有测距，可复用，非破坏性报警，报警温度可调，传感器输出为光信号，抗电磁干扰等优点。所以现代通信中使用光纤作为信号的传导介质，而在信号的传输过程中，由于温度过高或过低引起的通信中断也时有发生，造成了很大的经济损失，使得对光纤沿线的温度进行实时监测具有很大的实用意义。基于拉曼散射的分布式光纤测温技术，是近十几年来迅速发展的新型测温技术。利用光纤作为温度信息的传感和传输介质。随着光纤的增长，测量点数的增加，单位信息的获取成本大大降低，这是分布式光纤温度传感器相对于其他温度传感器的显著优点。在数据采集和处理方面，通过改善分布式光纤测温系统的信号处理方式，来提高整个系统的测温精度和空间定位精度。能使分布式光纤测温系统实现真正的分布式测量，完成准确测量、实时测量，从而真正发挥其巨大的实际运用作用。

2 温度测量原理
    当激光脉冲在光纤中传输的过程中与光纤分子相互作用，发生多种形式的散射，有瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射。这里提出的光纤测温原理是依据背向拉曼散射的温度效应。由于瑞利散射对温度不敏感；布里渊散射对温度和应力都敏感，容易受外界环境干扰，影响测量的准确度；拉曼散射效应可以用入射光与散射介质的相互作用、能量转移加以解释，入射光与散射介质发生非弹性碰撞，在相互作用时，入射光可以放出或吸收一个与散射介质分子振动相关的高频声子，称作为斯托克斯光(Stokes)或反斯托克斯光(Anti—Stokes)。长波一侧波长为λs(λs=λo+△λ)的谱线称为斯托克斯线(stokes)，短波一侧波长为λa(λa=λo一△λ)的谱线称为反斯托克斯线，其中斯托克斯光与温度无关，而反斯托克斯光的强度则随温度变化。测量入射光和反射光之间的时间差，可得发射散射光的位置距入射端的距离，这样就实现了分布式的测量。

   
    用反斯托克斯光和斯托克斯光的比值表示温度：

   
式中：Ia，Is分别是Anti—Stokes和Stokes的光强度，λa，λs分别为Anti—Stokes和Stokes的波长，h为普朗克常量，c为光速，μ为波尔兹曼常数，T为绝对温度。
    实际的测量中，这两种不同波长光的衰减差异和探测器对这两种光的响应差异，要通过设定定标区来消除，定标区设置在光纤的前200 m，把它放入恒温箱作为参考光纤，设置其温度为T0，则在测温系统标定之后，通过测定R(T)就可确定沿光纤各测量点的温度值。

3 测温系统的方案设计
3．1 光纤分布式测温的实现过程
    在同步控制单元的触发下，光发射机产生一大电流脉冲，该脉冲驱动半导体激光器产生大功率的光脉冲，并注入激光器尾纤中，从激光器尾纤输出的光脉冲要经过光路耦合器后进入一段放置在恒温槽中的光纤，这一段光纤用于系统标定温度，然后进入传感光纤。当激光在光纤中发生散射后，携带有温度信息的拉曼后向散射光将返回到光路耦合器中，光路耦合器不但可以将光脉冲直接耦合至传感光纤，而且还可以将散射回来的不同于发射波长的拉曼散射光耦合至分光器。分光器由两个不同中心波长的光滤波器组成，分别滤出斯托克斯光和反斯托克斯光，两路光信号经过接收机进行光电转换和放大，然后由数据采集单元进行高速数据采样并转换为数字量，最后经过对信号进一步处理。用于温度的计算。图l给出测温系统框图。

3．2 数据采集和处理
    基于拉曼散射的测温系统的主要缺点是散射光信号很弱，约为入射光的l／lO8，信噪比很小，测量的信息几乎完全淹没在噪声中，以DSP系统为核心的信号处理单元完成对光电检测器输出信号的放大、采样、处理并解调出温度。数据处理的核心就是在有效地抑制噪声的条件下放大微弱信号的幅值。
3．2．1 拉曼散射信号的特点
    ①信号的信噪比很低，有用的温度信息全部淹没在噪声中；②一般情况下，有用的温度信息频率较低，而噪声的频率较高；③信号的噪声强度呈喇叭状，近端小，远端大。根据测温系统中信号的特点，系统提出了采用累加平均和小波分析相结合的方法处理所采集的数据。得到更为准确的温度信号。图2给出拉曼散射信号测试图形。