分布式光纖測溫的原理-分布式光纖測溫的發(fā)展簡介

分布式光纖測溫的原理

主要包括拉曼散射測溫、光時(shí)域反射定位原理、載流量評估的原理。福州華光天銳提供了分布式光纖測溫系統(tǒng)的特點(diǎn)，以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能，測溫主機(jī)與測溫光纖的作用和分布式光纖測溫系統(tǒng)的安裝技術(shù)。

20世紀(jì)80年代初，英國南安普敦大學(xué)（University of Southampton）Rogers 教授等人利用了光時(shí)域反射器（Optical Time Domain Reflectometer ，OTDR）原理實(shí)現(xiàn)對沿空間分布的溫度量進(jìn)行測量。1983 年，全球首臺分布式光纖測溫系統(tǒng)誕生，該系統(tǒng)當(dāng)時(shí)使用的還是
使用液體纖芯。1985 年，基于半導(dǎo)體激光器的突破性發(fā)展，Hartog 教授和 Payte 教授分別利用其作為與傳統(tǒng)光源不同的新型光源，并在此基礎(chǔ)上成功研發(fā)出了具備精確溫度測量功能的分布式光纖溫度傳感器，這套系統(tǒng)在長度為 1km 的光纖上取的了空間分辨率為 7.5m、溫度分辨率為 1℃的成果。
1993 年，Kurashima 教授等人為了更好地實(shí)現(xiàn)分布式光纖傳感對溫度的檢測，首次將相干檢測法與基于布里淵光時(shí)域反射技術(shù)相結(jié)合，并在長度為 11.57km 的光纖上取得了 10m的空間分辨率、3℃的溫度分辨率的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。英國的 T.P.Newson 教授等人實(shí)現(xiàn)的分布式測量用了直接檢測的方法，這與之前的間接地相干檢測有所不同。在他們的實(shí)驗(yàn)中，在長度為 15km 的光纖上成功獲得了 10m 的空間分辨率以及 4℃的溫度分辨率，這是直接檢測方法的重大突破。
1928 年，印度科學(xué)家拉曼（Raman）教授在自己的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：當(dāng)光子與氣體或流體分子發(fā)生碰撞時(shí)，在入射光頻率的兩端會出現(xiàn)新的譜線，這一現(xiàn)象被稱為并合散射效應(yīng)，出現(xiàn)的新的譜線即拉曼散射光譜，他隨后提出了基于拉曼散射的分布式光纖溫度傳感器，為光纖溫度測量技術(shù)的進(jìn)展做出了重大貢獻(xiàn)。1985 年，英國團(tuán)隊(duì)首次成功在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了采
用拉曼散射的分布式溫度測量技術(shù)。自此以來，來自全球各地的相關(guān)研究人員在他們的研究基礎(chǔ)上逐步展開了基于拉曼散射的溫度傳感系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)與研究。

分布式光纖測溫簡介

分布式光纖傳感技術(shù)是以光為載體，利用光的強(qiáng)度、相位等的變化來測量外界被測量（如應(yīng)變、壓力、溫度或者傾角等）的一種新型傳感技術(shù)。
光纖作為核心元件，它既是傳導(dǎo)光的元件，又是被測量感受元件。
光纖在使用中，具有價(jià)格低廉、抗拉伸、抗壓力、損耗小等特點(diǎn)，既可以在狹長環(huán)境、小范圍場景進(jìn)行使用，也可在長距離、大范圍進(jìn)行傳感；同時(shí)，以光作為光纖的傳感信號，不易受電磁干擾，更可在強(qiáng)電磁場區(qū)域使用。因此，光纖傳感技術(shù)具有更使用的優(yōu)勢。
拉曼散射原理
入射光在進(jìn)入光纖中傳播時(shí)，受到光纖本體材料分布不均與、結(jié)構(gòu)分布不規(guī)整等影響，傳播方向具有很大隨機(jī)性，出現(xiàn)光的散射現(xiàn)象，而分布式光纖傳感器，正是在此現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，通過感應(yīng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)溫度信號的精準(zhǔn)反饋。

分布式光纖溫度傳感器的工作原理

主要有以下三種：
（1）利用拉曼散射原理進(jìn)行感應(yīng)的分布式光纖傳感器；
（2）利用背向瑞利散射原理進(jìn)行感應(yīng)的分布式光纖傳感器；
（3）利用布里淵散射原理進(jìn)行感應(yīng)的分布式光纖傳感器。
其中，相對于傳統(tǒng)測溫方法往往只能進(jìn)行單點(diǎn)測量的不足，分布式光纖測溫系統(tǒng)充分利用了拉曼散射原理，無論在距離長度、監(jiān)測范圍、精確定位等方面均有極大提升，并且將光信號作為傳輸信號，克服了傳統(tǒng)測溫在易燃易爆、強(qiáng)電磁千擾等環(huán)境下無法正常工作的缺點(diǎn)。因此，基于拉曼散射原理的分布式光纖測溫系統(tǒng)在世界上具備一定先進(jìn)性與有效性。 瑞利散射是光與物質(zhì)發(fā)生的彈性散射，其波長、頻率不發(fā)生變化，對溫度不敏感。拉曼散射光中的斯托克斯光對溫度不敏感，反斯托克斯光的強(qiáng)度則隨溫度變化。