光纤温度传感器研究现状与发展趋势.pdf

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1、研究生论坛"#$%&’()*(%+,#’*-分布式光纤温度传感器的研究现状与发展趋势汪建科何俊发王红霞陈仁松!二炮工程学院基础部物理室"陕西西安!"##$%#!摘要"综述了基于光时域反射技术!&’()$和光频域反射技术%&*()$"以光纤中光散射效应!布里渊效应&喇曼效应$作为温敏信号的分布式温度光纤传感器的特点&原理和研究现状"并在此基础上分析了分布式光纤温度传感器的发展趋势’关键词#分布式温度光纤传感器+光时域反射%&’()#+光频域反射,&*()-+布里渊效应+喇曼效应中图分类号#’.$%

2、/1"22,.34353"67.89,:,;*<-.=>2,.8*/9-632-?"3,8@<3-05;A-?,2B,+<,253"2,C,.6*2()*+,-)*./010,2*34)()*+15*+36-)780*90*3:5*+$;8<:-=:>44-=0’?):-=@0A)BCD0*C’E80F0=5*GHBC-II0B

3、-:CB-T2C0G5AC-=)I4-T0BC0DA0B)C2B0:0*:5B:TE@9)*G>J@9)B0G0:=B-T0G")*GC80G0U0I5A-*+CB0*G54C80G-:CB-T2C0G5AC-=)I4-T0BC0DA0B)C2B0:0*:5B-:)I:5)*)I<:-:0GVF,$(*286EG-:CB-T2C0G5AC-=)I4-T0BC0DA0B)C2B0:0*:5B%5AC-=)I"-D0#5D)-*$04I0=C

4、5D0CB<$>E@9&%5AC-=)I%B0W20*=<#5D)-*&04I0=C5D0CB<$>J@9&%?B-II52-*:=)CC0B-*+#9)D)*:=)CC0B-*+!引言传感器光纤环路上获得几十"几百甚至几千条信息"与传统的传感器相比!分布式光纤温度传感器因此单位信息成本显著降低#测量范围宽"具有高空具有诸多优点!集传感与传输于一体"可实现远距离间分辨率和高精度#在具有强电磁干扰或易燃易爆测量与监控#一次测定就可以获取整个光纤区域的以及其他传感器无法接近的恶劣环境下"分布式光一维

5、分布图!将光纤架设成光栅状"就可测定被测区纤温度传感器具有无可比拟的优点#因此"自$%世域的二维和三维分布情况#能在一条长达数千米的纪&%年代以来’人们对实现分布式光纤温度传感的((()*+,-./*)0*+!.!"#$%&&’研究生论坛’()*+,-./-*01(,/2各种技术展开了广泛研究!喇曼散射是当激光脉冲在光纤中传播时由于光!原理与研究现状纤分子的热振动和光子相互作用发生能量交换而产针对分布式光纤温度传感器"科学家首先要解生的!具体地说(如果一部分光能转换成热振动(那么决的是对携带温度

6、信息的光信号的识别和测量位置将发出一个比光源波长长的光(称为喇曼斯托克斯的确定!光时域反射#!"#$$技术和光频域反射($->-/?@02A1$光%如果一部分热振动转换为光能(%!&#$’技术对此提供了很好的解决方法%而对于较那么将发出一个比光源波长短的光(称为喇曼反斯长距离的分布测温应用(基于散射机理的分布传感托克斯($->-/B/@3$?@02A1$光&描述喇曼散射光特系统则有着无比的优越性"这是因为此时光纤中所性的主要参数!$(频移量$是由光学声子的能量!)损失的功率直接用于所感应的信号能

7、量&本文主要决定的)!)#**&*!$:式中*为普朗克常数%!$为喇介绍几种最具影响力的基于!"#$和!&#$技术"曼声子频率%喇曼斯托克斯散射光子频率为)$+7$:C利用散射效应作为测温机理的分布式光纤温度传感!$%喇曼反斯托克斯散射光子频率为D$,+#$:-!$%$:为器&入射光子频率&在受激喇曼散射阈值以下"喇曼散射!!"基于#$%&技术的分布式光纤温度传感器的强度依赖于玻色$爱因斯坦统计的声学光子的状)*++年",-./0123博士发明了!"#$系统4)5&将态密度"其强度随温度的变化为

8、)C)一束光脉冲发射入光纤中(由于光纤中存在散射(入.+8/9!4)CAEF8C*&!$’0/’5C)射光经后向散射返回到入射端所需的时间为!%激光.,+8/’!4AEF8C*&!$’0/’5脉冲在光纤中传播的距离为6"#$!%其中$7&’(%&是其中.+’.,+分别是斯托克斯光强和反斯托克斯光强"真空中的光速%(是光纤介质的折射率&在!时刻测/为温度&二者的比率为)G得的是距离光纤输入端"处局域的后向散射光&利$,+18/’7.,+=.+7"#AEF82*&!*’0/’$+用!"#$技术(检测