1绪论
引言
光纤(optic fiber)全称为光导纤维，它是常用的圆柱形介质波导材料。光波沿着光纤传播是以光的全反射原理为理论基础。光纤传感器技术实质是利用光学特性的传感器技术，它通过光纤通讯利用光作为被测量的载体对目标进行检测。光纤传感技术具有与所测对象非接触性、测量的精度高和灵敏度高，并且反应速度非常快等特点。光纤传感器技术是将光纤技术和检测技术相结合的一门新的传感技术，它出现于20世纪后期，光纤传导材料的出现为光纤传感技术提供物质基础，而光纤通一讯技术的发展则为光纤传感技术提供了技术基础。自从20世纪70年代初美国贝尔实验室、英国电信研究所(BTRL, BPO)和美国康宁玻璃公司 (CORNING)的Maurer等合作在光纤研制中取得重大成功推动的光纤通讯和光纤传感技术的迅猛发展
传统的传感技术是点测量，在一些需要测量范围大传统传感技术在设计上就显得相当复杂，并且在危险和恶劣的环境下传统的传感技术使用受到限制。与传统的传感器技术相比光纤传感器技术可以用于危险、强电磁场干扰等场合实现分布式检测。光纤传感器技术在医学、电力、采矿、环境、航空航天等领域得到广泛应用。因此，光纤传感器的出现推动了传感技术的发展并且在现代测量领域有着无法代替的地位。光纤传感技术的产生和发展主要分为以下五个阶段:
20世纪60年代是光检测技术高速发展的阶段，主要使用激光作为检测手段，它具有高速、高精度等特点，通过利用光的干涉、衍射、反射、偏振、等属性对被测量进行检测的一种技术。20世纪70年代主要以研究为主，利用光纤作为光传输介质的出现使得光纤传感器技术的研究得到快速发展，并且开始大规模研究光纤传感器技术。光纤传感器技术在高温、腐蚀、强电磁等恶劣环境中显现出独特的优势和很大的应用潜能，进入20世纪90年代光纤通讯的快速发展，带动了光纤传感器技术开始大规模应用。世界各国都投以大量资金研究和开发。
由于光纤作为光纤传感技术中光的传输介质，它传输的是光信号而非传统感器的电信号，因此光纤传感技术具备传统传感技术所没有的独特优点，它解决了传统传感器在高压监测场所容易被电击穿和易受电磁干扰。由于光的传输所以它的精度高、传输距离远、可靠性高等适合复杂和环境恶劣场所进行监测。因此，光纤传感技术在我国应用最广，发展最快的技术之一。电力、航空、军事等遍布几乎所有军事和民事行业。基于它的应用广泛和广大的发展前景目前国内外很多高校和科研机构都在对其研究，并取得了一系列成果
随着光纤传感技术的不断发展，对数据测量的采集精度、测量范围、分辨率等要求不断提高。传统的单片机对光纤传感器采集信息后的处理能力己经达不到要求，基于上述原因提出基于DSP与CPLD的处理系统。
2国内外研究现状分析及应用背景
2.1国外研究现状分析
20世纪后期光纤通信技术的快速发展带动了光纤传感技术的发展，自从1970年西方在光纤研究方面取得了重大成功，衰减为20Db/km的光纤材料研制成功后，世界各国都开始关注和研究光纤技术，与此同时，光纤通讯的研究迅速发展对光纤传感技术产生了极大的促进作用。20世纪90年代随着传感器的应用范围不断扩大，传感器的产量也不断增长，国内外从事传感器研究和生产的单位达到儿千家，传感技术现己成为全球最热门的技术之一。目前对传感器的要求也不断提高，现今传感器的发展朝着体积小型，测量的高精度，很强的适应性，并且可以智能化和网络化的方向发展
OTNR(Optical Time Domain Reflectometer)即光时域反射仪，OTDR的工作原理就类似于一个雷达。当激光在光纤中传输并发生拉曼后向散射时，光时域反射仪
(OTDR)通过检测光纤某点返回的光信息，对返回的信息进行分析和确激光定光信息类型。传统的OTNR缺点是向后返回的散射光非常微弱，为了改善OTNR的性能，1993年，M.D.Jones通过理论推导得出将S矩阵应用在OTNR上可以对其性能有大的提高。之后国内外众多研究单位进行大量实验希望将其理论在实践中展示直到2004年，D.Lee和H.Yoon等通过实验将s矩阵的编码方式应用在OTDRt，并成功大幅提高其系统信噪比。实验不仅证明M.D.Jones将S矩阵应用在OTNR上的理论是正确的还成功将实验转化成产品开发了OTDR模块。分布式光纤传感器温度检测系统最早是由英国南安普顿大学在20世纪80年代提出。国内外对分布式光纤传感器温度检测系统通过进行大量的实验和研究后，最后在分布式光纤传感器温度检测系统这方面取得了成功，并推出了这方面的产品。2004年OTDR模块的成功开发后，对分布式光纤传感系统研究者希望将S矩阵应用在OTNR.
2 分布式光纤温度传感.............. 20-32
2.1 分布式光纤温度传.............. 20-23
2.1.1 拉曼散射..............20-22
2.1.2 后向拉曼散射.............. 22-23
2.2 光时域反射仪(OTDR).............. 23-25
2.2.1 空间定位.............. 25
2.3 基于拉曼散射的分布式.............. 25-29
2.3.1 空间分辨率.............. 25-27
2.3.2 温度分辨率.............. 27-28
2.3.3 提高系统温度.............. 28-29
2.3.4 测量时间.............. 29
2.4 提高信噪比方法分析.............. 29-31
2.4.1 取样积分法原理.............. 29-31
2.5 本章小结.............. 31-32
3 系统的总体设计方.............. 32-42
3.1 系统光路.............. 32-33
3.2 系统框图.............. 33-34
3.3 光纤传感器.............. 34-41
3.3.1 传感光纤的.............. 34-35
3.3.2 激光发生器参数.............. 35-37
3.3.3 光耦合器分析.............. 37-39
3.3.4 光检测器分析.............. 39-41
3.4 本章小结.............. 41-42
4 系统的硬件设计和软件设计.............. 42-58
4.1 硬件设计.............. 42-50
4.1.1 DSP模块设计.............. 42-45
4.1.2 CPLD模块及其他模块.............. 45-50
结论
本文系统设计将冻结凿井作为应用背景，根据激光通过激光发射器进入光祸合器后在光纤中传输，当激光在光纤中传输时发生拉曼散射现象，系统使用光时域反射仪(OTDR)对激光的后向散射进行检测。然后通过信号调理、AD转换和DSP数据处理，通过LCD显示温度信息、故障信息等信息。最后将温度信息存储以便以后查询。以下为本文主要内容介绍:
1、系统首先介绍拉曼散射和光时域反射仪原理，分析以拉曼散射原理为基础的分布式光纤温度检测系统模型，构建后向拉曼散射的数学模型，通过光时域反射仪对拉曼散射进行检测，并讨论系统的空间分辨率、温度分辨率及提高系统温
