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分布式光纤测温的原理-分布式光纤测温的发展概况

分布式光纤测温的原理

主要包括拉曼散射测温、光时域反射定位原理、载流量评估的原理。福州华光天锐提供了分布式光纤测温系统的特点,以及系统结构、系统功能,测温主机与测温光纤的作用和分布式光纤测温系统的安装技术。

20世纪80年代初,英国南安普敦大学(University of Southampton)Rogers 教授等人利用了光时域反射器(Optical Time Domain Reflectometer ,OTDR)原理实现对沿空间分布的温度量进行测量。1983 年,全球首台分布式光纤测温系统诞生,该系统当时使用的还是
使用液体纤芯。1985 年,基于半导体激光器的突破性发展,Hartog 教授和 Payte 教授分别利用其作为与传统光源不同的新型光源,并在此基础上成功研发出了具备精确温度测量功能的分布式光纤温度传感器,这套系统在长度为 1km 的光纤上取的了空间分辨率为 7.5m、温度分辨率为 1℃的成果。
1993 年,Kurashima 教授等人为了更好地实现分布式光纤传感对温度的检测,首次将相干检测法与基于布里渊光时域反射技术相结合,并在长度为 11.57km 的光纤上取得了 10m的空间分辨率、3℃的温度分辨率的实验结果。英国的 T.P.Newson 教授等人实现的分布式测量用了直接检测的方法,这与之前的间接地相干检测有所不同。在他们的实验中,在长度为 15km 的光纤上成功获得了 10m 的空间分辨率以及 4℃的温度分辨率,这是直接检测方法的重大突破。
1928 年,印度科学家拉曼(Raman)教授在自己的实验中发现:当光子与气体或流体分子发生碰撞时,在入射光频率的两端会出现新的谱线,这一现象被称为并合散射效应,出现的新的谱线即拉曼散射光谱,他随后提出了基于拉曼散射的分布式光纤温度传感器,为光纤温度测量技术的进展做出了重大贡献。1985 年,英国团队首次成功在实验中实现了采
用拉曼散射的分布式温度测量技术。自此以来,来自全球各地的相关研究人员在他们的研究基础上逐步展开了基于拉曼散射的温度传感系统的实验与研究。

分布式光纤测温概况

分布式光纤传感技术是以光为载体,利用光的强度、相位等的变化来测量外界被测量(如应变、压力、温度或者倾角等)的一种新型传感技术。
光纤作为核心元件,它既是传导光的元件,又是被测量感受元件。
光纤在使用中,具有价格低廉、抗拉伸、抗压力、损耗小等特点,既可以在狭长环境、小范围场景进行使用,也可在长距离、大范围进行传感;同时,以光作为光纤的传感信号,不易受电磁干扰,更可在强电磁场区域使用。因此,光纤传感技术具有更使用的优势。
拉曼散射原理
入射光在进入光纤中传播时,受到光纤本体材料分布不均与、结构分布不规整等影响,传播方向具有很大随机性,出现光的散射现象,而分布式光纤传感器,正是在此现象的基础上,通过感应技术,实现温度信号的精准反馈。

分布式光纤温度传感器的工作原理

主要有以下三种:
(1)利用拉曼散射原理进行感应的分布式光纤传感器;
(2)利用背向瑞利散射原理进行感应的分布式光纤传感器;
(3)利用布里渊散射原理进行感应的分布式光纤传感器。
其中,相对于传统测温方法往往只能进行单点测量的不足,分布式光纤测温系统充分利用了拉曼散射原理,无论在距离长度、监测范围、精确定位等方面均有极大提升,并且将光信号作为传输信号,克服了传统测温在易燃易爆、强电磁千扰等环境下无法正常工作的缺点。因此,基于拉曼散射原理的分布式光纤测温系统在世界上具备一定先进性与有效性。 瑞利散射是光与物质发生的弹性散射,其波长、频率不发生变化,对温度不敏感。拉曼散射光中的斯托克斯光对温度不敏感,反斯托克斯光的强度则随温度变化。

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光纤联系

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