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封面解读

光纤传感远程控，数据精准传不停。

双向传输效益高，温度监测更智能。

封面展示了一种基于4G无线传输模块的新型拉曼分布式光纤传感远程温度监测系统。该系统集成了双向无线数据传输与分布式光纤传感技术，能够实现大规模、实时温度监测与控制，并提高了数据传输的可靠性和稳定性。系统采用4G DTU模块，具备自动校验和纠错功能，确保数据传输的准确性。实验验证了其温度监测精度与数据传输的可靠性。未来，随着5G技术的发展，系统有望进一步提升传输效率。

背景

拉曼分布式光纤传感技术因其卓越的长距离测量、强耐腐蚀性及抗电磁干扰等优势，已广泛应用于城市管道、输电线路、桥梁和水坝等各种基础设施的温度监测。但目前传统拉曼分布式光纤传感系统在远程无线数据传输方面仍面临着技术瓶颈，如数据传输量小、信息单向传输等问题，这严重制约了其在实际工程中的应用。

研究方法

为解决传统拉曼分布式光纤传感系统在无线数据传输方面的瓶颈，太原理工大学张明江课题组设计了一种基于4G无线传输模块的新型的远程温度监测系统。该系统集成了分布式光纤传感和双向无线数据传输技术，能够实现大规模、实时的温度监测和远程控制，并配备了自动校验和纠错程序确保数据的传输准确性和系统稳定性。通过该新型系统，远程控制中心可以稳定实时显示现场监测结果，并进行指令双向遥控和监测结果分析，有利于降低工程应用中实时监测的成本，提升监测控制智能化水平与传感监测效率。

在设计中，研究人员采用了4G DTU（数据传输单元）模块，以确保数据的实时、双向传输。系统由现场传感端和远程监测端组成。现场传感端包括拉曼分布式光纤温度传感装置、4G DTU模块以及现场上位机PC1。通过光时域反射原理和拉曼散射效应，系统能够精确测量温度，并通过4G DTU模块将数据实时传输至远程监测端PC2。在远程端，PC2通过互联网接收和处理来自现场的温度数据，并可以实现对现场设备的双向控制和远程监测。

图1 拉曼光纤传感远程监测系统结构图

在无线数据传输过程中，系统设计了数据帧格式，并结合了种数据校验和纠错程序，以确保传输过程的高可靠性和准确性。具体来说，系统不仅对温度数据进行传输，还包括系统运行状态和控制指令信息的传输，采用重校验机制来检测和纠正潜在的传输错误。当数据包在传输过程中因信号衰减、径效应等原因导致丢失或损坏时，系统也能够通过数据重组和纠错算法，检测出丢失部分，并通过重新排列和更新数据包接收参数来恢复原始的完整温度数据，确保最终监测结果的准确性和系统的稳定性。

实验结果表明，该系统在温度监测中的误差范围为±1.0 ℃，符合拉曼分布式光纤系统的测温精度标准。同时，系统数据平均丢包率仅为0.38%，远低于5%的标准要求，证明了系统在无线远程监测中的数据可靠性，能够满足大量数据传输情况下的远程监测需求。单次测量数据传输平均时间约为3秒，充分满足了实时监测的需求。

图2 远程监测端接收温度数据结果

表1拉曼分布式光纤传感系统的性能指标参数

展望

通过该新型系统，用户可以在远程控制中心实时监测现场温度变化，并根据实际情况进行双向控制指令的发送。该系统的应用不仅提升了监测的智能化水平，还降低了工程应用中的成本，特别是在无法使用有线网络的复杂监测环境中，该系统展现出了强大的实用性和高效性，对于工业安全领域大型光纤监测项目的监测实时性与实用性具有重要意义。

未来，随着5G通信技术的进一步发展，该系统将有望通过更高速率的无线网络传输提升数据传输效率和网络容量，实现更长距离的温度监测和更高精度的实时控制。

作者简介

秦磊，太原理工大学工程博士研究生，山西水控实业有限公司，党总支书记，董事长，总计授权16项实用新型专利、23项软件著作权，研究成果入围“中国科技创新发明成果奖”。

张明江，太原理工大学物理与光电工程学院院长，教授，博士生导师，精密测量物理山西省重点实验室主任，山西省学术技术带头人、山西省“青年三晋学者”、山西省高等学校中青年拔尖创新人才。以第一/通讯作者在 Nature 子刊、 Light: science & applications 等期刊发表SCI论文100余篇，入选ESI高被引论文、全球Top 2%科学家，出版学术专著2部，授权美国专利4项、中国发明专利 100项。先后主持国家重点研发计划项目、国家重大科研仪器研制项目、国家自然科学基金联合基金重点项目、国防科技创新特区项目、中国电子科技集团公司第八研究所企业委托科技项目等课题。以第一完成人获山西省技术发明一等奖、山西省自然科学二等奖、中国专利优秀奖、“金燧奖”中国光电仪器品牌榜铜奖。