分布式光纖溫度傳感器的工作原理和性能分析

分布式光纖溫度傳感器是一種用于實(shí)時(shí)測量空間溫度場的光纖傳感系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用先進(jìn)的光時(shí)域反射（OTDR）技術(shù)，結(jié)合光纖中的拉曼散射效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)測溫光纖所處溫度場的分布式測量。

與傳統(tǒng)的電溫度傳感器相比，分布式光纖溫度傳感器具有抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕、本質(zhì)安全；靈敏度高；重量輕、體積小、可繞曲；測量對(duì)象廣泛；成本低、壽命長、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于電力電纜、地鐵隧道、煤礦巷道、石油儲(chǔ)罐、大型建筑結(jié)構(gòu)的溫度監(jiān)控和火災(zāi)報(bào)警。

一、基本工作原理

分布式光纖溫度傳感器利用的是光纖中的自發(fā)拉曼散射效應(yīng)和OTDR技術(shù)，其基本的工作過程如上圖所示。光源發(fā)出的脈沖光經(jīng)過波分復(fù)用器（WDM）進(jìn)入測溫光纖，在光纖中激發(fā)光子與光纖分子發(fā)生非彈性碰撞，產(chǎn)生高頻移的反斯托克斯光和低頻移的斯托克斯光，背向散射的反斯托克斯光和斯托克斯光，再經(jīng)由WDM到達(dá)光電探測器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，zui后進(jìn)入信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行分析。其中，根據(jù)OTDR原理，通過光電探測器探測到光信號(hào)的時(shí)間可以計(jì)算出背向散射光在光纖中產(chǎn)生的位置；通過探測背向散射光功率的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)測溫光纖溫度的分布式測量。

二、系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：

與傳統(tǒng)溫度探測器相比較，分布式光纖溫度傳感器具有許多優(yōu)勢，主要包括：

1.分布式測量
分布式光纖傳感器可實(shí)現(xiàn)沿著探測光纜幾公里進(jìn)行實(shí)時(shí)、在線溫度測量；

2.定位精度高

分布式光纖測溫系統(tǒng)采用先進(jìn)的光時(shí)域反射技術(shù)，可以的定位高溫報(bào)警發(fā)生位置和故障點(diǎn)；

3.測量距離遠(yuǎn)
光纖的兩個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)就是傳輸數(shù)據(jù)量大和損耗小，在無需中繼的情況下，可以實(shí)現(xiàn)幾公里的遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制；

4.抗電磁干擾
光纖本質(zhì)為石英，*電絕緣；同時(shí)光纖作為信號(hào)載體，本征安全，不受任何外界電磁環(huán)境的干擾；

5.抗振動(dòng)

用光纖作為感溫和傳感介質(zhì)不會(huì)受各種振動(dòng)和沖擊的影響；

6.防雷
電傳感器在雷電環(huán)境中經(jīng)常遭到損壞，而光纖傳感器由于*電絕緣，可以抵抗高電壓和高電流的沖擊；

7.靈敏度高，測量精度高
理論上大多數(shù)光纖傳感器的靈敏度和測量精度都優(yōu)于一般的傳感器，實(shí)際已成熟的產(chǎn)品也證明了這一點(diǎn)；

8.壽命長，成本低，系統(tǒng)簡單
光纖的材料一般為石英玻璃，具有耐腐蝕、耐火、耐水及壽命長的特性，通?？梢苑?0年，并且光纖傳感器自身成本以及以后的維護(hù)費(fèi)用都較低。