分布式光纖溫度傳感器的工作原理和性能分析

分布式光纖溫度傳感器是一種用于實時測量空間溫度場的光纖傳感系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用先進(jìn)的光時域反射（OTDR）技術(shù)，結(jié)合光纖中的拉曼散射效應(yīng)實現(xiàn)對測溫光纖所處溫度場的分布式測量。

與傳統(tǒng)的電溫度傳感器相比，分布式光纖溫度傳感器具有抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕、本質(zhì)安全；靈敏度高；重量輕、體積小、可繞曲；測量對象廣泛；成本低、壽命長、可靠性高等優(yōu)點，可以廣泛應(yīng)用于電力電纜、地鐵隧道、煤礦巷道、石油儲罐、大型建筑結(jié)構(gòu)的溫度監(jiān)控和火災(zāi)報警。

一、基本工作原理

分布式光纖溫度傳感器利用的是光纖中的自發(fā)拉曼散射效應(yīng)和OTDR技術(shù)，其基本的工作過程如上圖所示。光源發(fā)出的脈沖光經(jīng)過波分復(fù)用器（WDM）進(jìn)入測溫光纖，在光纖中激發(fā)光子與光纖分子發(fā)生非彈性碰撞，產(chǎn)生高頻移的反斯托克斯光和低頻移的斯托克斯光，背向散射的反斯托克斯光和斯托克斯光，再經(jīng)由WDM到達(dá)光電探測器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，zui后進(jìn)入信號處理系統(tǒng)進(jìn)行分析。其中，根據(jù)OTDR原理，通過光電探測器探測到光信號的時間可以計算出背向散射光在光纖中產(chǎn)生的位置；通過探測背向散射光功率的變化實現(xiàn)對測溫光纖溫度的分布式測量。

二、系統(tǒng)優(yōu)點：

與傳統(tǒng)溫度探測器相比較，分布式光纖溫度傳感器具有許多優(yōu)勢，主要包括：

1.分布式測量
分布式光纖傳感器可實現(xiàn)沿著探測光纜幾公里進(jìn)行實時、在線溫度測量；

2.定位精度高

分布式光纖測溫系統(tǒng)采用先進(jìn)的光時域反射技術(shù)，可以的定位高溫報警發(fā)生位置和故障點；

3.測量距離遠(yuǎn)
光纖的兩個突出優(yōu)點就是傳輸數(shù)據(jù)量大和損耗小，在無需中繼的情況下，可以實現(xiàn)幾公里的遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制；

4.抗電磁干擾
光纖本質(zhì)為石英，*電絕緣；同時光纖作為信號載體，本征安全，不受任何外界電磁環(huán)境的干擾；

5.抗振動

用光纖作為感溫和傳感介質(zhì)不會受各種振動和沖擊的影響；

6.防雷
電傳感器在雷電環(huán)境中經(jīng)常遭到損壞，而光纖傳感器由于*電絕緣，可以抵抗高電壓和高電流的沖擊；

7.靈敏度高，測量精度高
理論上大多數(shù)光纖傳感器的靈敏度和測量精度都優(yōu)于一般的傳感器，實際已成熟的產(chǎn)品也證明了這一點；

8.壽命長，成本低，系統(tǒng)簡單
光纖的材料一般為石英玻璃，具有耐腐蝕、耐火、耐水及壽命長的特性，通常可以服役30年，并且光纖傳感器自身成本以及以后的維護(hù)費用都較低。