分布式光纤温度传感器与其性能参数检测方法的研究.pdf

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1、MEASUREMENTEQUIPMENTANDAPPLICATION量重堕旦巷分布式光纤温度传感器与其性能参数检测方法的研究张丽萍。张斌，余俊杰(1．上海市计量测试技术研究院，上海201203；2．上海交通大学，上海200240；3．上海波[通信科技有限公司，上海201204)[摘要]分布式光纤温度传感器(DTS)是近年来开始研究的新型传感技术。基于光纤后向散射现象和光时域反射理论，它能在整条光纤的长度上，以距离的连续函数形式测量出光纤上各点的温度值。文章对分布式光纤温度传感器测温原理进行了分析并提出了DTS性能参数检测方法。[关键词]分布式光纤温度传感

2、器；拉曼散射；空间分辨率；温度精度；定位精度[中图分类号]TH811[文献标识码]B[文章编号]1002—1183(2013)05-0037-03分布式光纤温度传感器(DTS)作为一种新型的热振动而产生，它会产生一个比光源波长长的光，称温度测量设备有着明显的特点，在国内外都已开始应斯托克斯(Stokes)光，和一个比光源波长短的光，用。分布式光纤温度传感技术具有连续分布式测量、称为反斯托克斯(Anti．Stokes)光。光纤受外部温度测量距离远、抗电磁干扰、测温和定位精度高等特的调制使光纤中的反斯托克斯(Anti—Stokes)光强发点，广泛应用于长距离

3、输油、输气管道的泄漏检测，生变化，Anti．Stokes与Stokes的比值提供了温度的绝高压电力电缆、电气设备因接触不良原因产生的局部对指示，利用这一原理可以实现对沿光纤温度场的分发热、火灾预警、大型发电定子、大型变压器、锅炉布式测量(如图1所示)。等设施的大范围多点温度测量。相对于传统的测温技术，它的最大的特点是可以非常容易地实现长距离分l激光脉冲布式连续温度测量。分布式光纤温度传感器(DTS)早就已经从实验室阶段步人到产品阶段，目前市场使眢向前新散射用前景广阔。但是作为一种多参数的计量器具，其量布里渊散射布里渊散刺拉曼蝴拉曼散值溯源的问题始终没有解

4、决。目前，国内外对DTS性能参数测试方法都还停留在各家企业自己制定的企业标准，还没有上升到国家规范和行业标准。因此，本图1分布式光纤温度传感器工作原理示意图文提出分布式温度传感器(DTS)的参数检测方法，相信对规范产品市场，保障分布式温度传感器光在光纤中以一定的速度传播，通过测量人射光(DTS)各项参数指标准确可靠十分有益。和后向散射光之间的时间差，及光纤内的光传播速1分布式光纤温度传感器简介度C，可以计算不同散射点的位置距入射端的距离DTS由一台主处理器和一根光纤组成。它的主要置，从而可以得到光纤连续的温度分布，置可按下式工作原理是基于光纤的光时域反射

5、(OTDR)和光纤计算：的后向拉曼(Raman)散射效应。该系统利用OTDR置：c技术进行定位，利用拉曼散射效应进行测温。当主处理器中的激光器向光纤注入激光脉冲时，激光脉冲与式中：C为光纤中的光传播速度，m／s；At为后向光纤分子相互作用而发生散射。散射有多种，如瑞利散射延迟时间，S。(Rayleigh)散射、布里渊(Brillouin)散射和拉曼反斯托克斯光强与斯托克斯光强之比和温度之间(Raman)散射等。其中拉曼散射是由于光纤分子的的定量关系可用下式表示：[收稿日期]2012—06—01[作者简介]张丽萍(1982一)，女，浙江奉化人，工程师，毕业

6、于上海理工大学，从事温度检测工作。工业计量2013年第23卷第5期．37．计量装置及应用MEASUREMENTEQUIPMENTANDAPPLICATION————————————————————————————————————————————————————————————————————————————一表1DTS系统空间分辨率检测结果表=n㈡川fo一+Af／)DTS系统空间分辨率检测结果／m空间分辨率——式中：h为普朗克常数，J·S；k为波尔兹曼常数，(出厂指标)／m=L2=lOreLI=L2=30mLl=50mJ／K；Is为斯托克斯光强度；厶为反

7、斯托克斯光强度；(距离30m处)(距离500m处)(距离900m处)为人射光的频率，1／s；Af为拉曼光频率增量，l／O．8S。斯托克斯光频率为一，反斯托克斯光频率为(3)空间分辨率检测方法确定．结合高品质的脉冲光源和高速的信号采集与处理由上述空间分辨率检测结果的复现性可以确定，技术，就可以得到沿着光纤所有点的准确温度值。目按上述检测方法，在光纤不同位置上、L：取长度不前DTS系统测量距离通常为1—10kin，最长可达小于lOre，按图3空间分辨率计算方法进行空间分辨30kin；测温范围一100～500％，DTS系统使用的光纤率的检测，都能符合空间分辨率

8、的检测要求。决定了系统的测温范围。分布式光纤温度传感器(DTS)的性能指标有：0