分布式光纤测温

分布式光纤测温

摘要：温度一直是人类从事各项活动所要掌握的重要信息，而获取温度信息的技术和方法也越来越科学，人类越来越迫切的需要掌握他们生存环境的温度变化。对于现代化工业的今天，温度信息的获取有着更加

现实的意义。分布式光纤温度传感技术于20世纪70年代末被提出，目前这项技术已成为光纤传感器技术中最具前途的技术之一。与其他传感器相比，光纤作为一种新型的传感器件有其独特的优势。它抗电磁，耐高温，对温度、应变等外界变化敏感，而且价格便宜，容易获取，可以形成分布式的线测量甚至是场测量。本文将介绍各种分布式温度传感器，并重点分析基于拉曼散射的分布式光纤温度传感的原理与系统组成。

关键字：光纤传感；光纤测温；拉曼散射

Optical fiber distributed temperature

YU HANG

（College of information and communication Engineering, Harbin Engineering University,

Harbin, Heilongjiang 150001, China）

Abstract：Temperature has been engaged in various activities of human to grasp the important information，temperature information acquired more and more scientific techniques and methods，increasingly urgent need to master the human living environment of their temperature.Today, the modern industrial,temperature information has a more practical significance for.Distributed optical fiber temperature sensing technology in the late 20th century, 70 have been proposed,at present this technique has become fiber-optic sensor technology in one of the most promising pared with other sensors, fiber optic sensors as a new piece has its unique advantages.It is anti-magnetic, high temperature, temperature, strain sensitive to the outside world, but also inexpensive, easy to access, can form a distributed measurement and even the field measurement line.This article will introduce a variety of distributed temperature sensor, and the focus of Raman scattering based distributed fiber

temperature sensing principles and systems of the.

Key words:Optical Fiber Sensor;Fiber Optic Temperature Measurement;Raman scattering

1.引言：

光纤传感是伴随着半导体技术和光通信技术的发展而兴起的一门新的传感技术。而随着光纤技术与光纤传感理论的研究与发展，科研人员开始提出温度的分布式测量。光纤具有体积小、重量轻、可绕、电绝缘性好、柔性弯曲、耐腐蚀、测量范围大、灵敏度高等特点，对传统的传感器特别是温度传感器能起到扩展提高的作用，完成前者很难完成甚至不能完成的任务。光纤传感技术用于温度测量，除了具有以上特点外，与传统的温度测量仪器相比，还具有响应快、频带宽、防爆、防燃、抗电磁干扰等特点。因此，光纤温度传感技术受到各国科技人员

的高度重视并进行了深入研究。分布式光纤温度传感器可实现沿光纤连续分布的温度

场的分布式测量，测试用光纤的跨距可达几十千米，空间分辨率高、误差小，与单点或多点准分布测量相比具有较高的性能价格比。分布式光纤温度传感器具有很多优点：1)光纤是本质绝缘的，适合易燃、易爆环

境

2)光纤中传输的是光信号，抗强电磁干扰

3)光纤纤细柔软，易于安装

4)实现温度的分布式测量

在科研和工程技术中，有许多场合需要确定温度的分布，例如长距离输油管道、通信电缆或电力电缆等管道的沿线温度场分布，大型电力变压器内部的温度场分布，桥梁、大坝、仓库、大型建筑、隧道、高压容器、航天器机身等的温度分布，因此，分布式光纤温度传感器以其自身的特点受到了

广泛的重视。分布光纤温度传感器系统自1981年由英国的南安普敦大学提出以来，不断得到改进和发展。1987年英国YORK技术有限公司首次推出了商品化的拉曼后向

散射效应的DTS分布式光纤温度传感系统，具有四路2km长的光纤，该仪器由904nm 的脉冲半导体激光器、APD和标准的

50/125um通信光纤构成，配备计算机数据处理和CRT数据图形显示，空间分辨率为

7.5m，温度分辨率为4℃，测量范围为

-50℃～＋125℃，是目前实用的分布式光纤温度传感器。在国内，也有许多研究机构从事分布式光纤传感的研究工作。重庆大学首先开展了分布式光纤传感机理的研究，设计的系统光源为脉冲驱动的大光腔（LOC）半导体激光器，探测光脉冲宽度为70ns，重复频率为8kHz，在1km长的传感光纤上实现4m的空间分辨率，此后对分布式温度测量的机理进行了进一步的研究，重点在系统的参数和信号的处理上做了进一步的工作，采用普通的多模通讯光纤代替特种光纤，系统的空间分辨率达到6m，30s的处理时间实现了温度分辨率优于±3℃的实验结果。近些年，分布式光纤传感的研究越来越受到国内研

究和技术人员的广泛重视。

2.分布式光纤温度传感器的理论基础：

2.1 光的散射：

光束在介质中传播时，部分光线偏离原方向分散传播的现象称为光的散射。光线通过均匀的透明介质时(如玻璃、石英)，从侧面是难以看到光束的。如果介质不均匀，或含有悬浮的颗粒，便可以从侧面看到光束的轨迹。这是由于介质的不均匀性造成部分光线朝四周反射的结果。从分子理论来看，光波射入介质后，将激起介质中的电子作受迫振动，从而发散出相干次波。只要分子密度是均匀的，次波相干迭加的结果，只剩下遵从几何光学规律的沿原方向传播的光线，其余方向的振动完全抵消;若介质是不均匀的，他能够破坏次波的千涉相消，从而引起光的散射。光的散射根据形成原因不同可以分为瑞利散射，布里渊散射和拉曼散射等;其分布如图1：