感溫光纖與感溫光柵的工作原理和應(yīng)用

分布式光纖測溫技術(shù)

分布式光纖基于光纖拉曼散射效應(yīng)(Raman Scattering)和光時(shí)域反射測量技術(shù)(Optical Time-Domain Reflectometry)來獲取空間溫度分布信息。通過在被測物體比如管道表面鋪設(shè)感溫光纖 ,采集和分析光脈沖在感溫光纖內(nèi)傳播時(shí)產(chǎn)生的拉曼背向反射光的時(shí)間和強(qiáng)度信息得到相應(yīng)的位置和溫度信息 ,在得知每一點(diǎn)的溫度和位置信息后 ,就可以得到一個(gè)關(guān)于整根光纖不同位置的溫度曲線。測量常規(guī)距離可達(dá)30公里，空間定位達(dá)到米的數(shù)量級(jí)，能夠進(jìn)行不間斷的自動(dòng)測量溫度，特別適宜于需要長距離大范圍多點(diǎn)測量應(yīng)用場合。目前華光天銳的分布式光纖測溫技術(shù)在隧道內(nèi)、油庫、危險(xiǎn)品庫、軍工企業(yè)、工礦企業(yè)的生產(chǎn)車間的溫度檢測和火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)及電力電纜溫度監(jiān)測上有很多的應(yīng)用案例。

分布式光纖測溫系統(tǒng)的感溫光纖在軌道交通上的應(yīng)用

隨著軌道交通的迅速發(fā)展不僅方便公眾出行，減緩交通擁堵，而且降低因汽車尾氣帶來的環(huán)境污染，目前已成為絕大多數(shù)市民出行方式。然而高速發(fā)展的軌道交通事業(yè)，帶來巨大的客流聚散問題，若無完善的消防疏散系統(tǒng)，運(yùn)營時(shí)發(fā)生火災(zāi)，容易造成特大人員傷亡事故，同時(shí)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。光纖測溫系統(tǒng)可以對站內(nèi)火災(zāi)進(jìn)行感溫探測，這樣對于區(qū)間火災(zāi)發(fā)生時(shí)以及發(fā)生火警時(shí)人員疏散顯得尤為重要，現(xiàn)今對這些情況大部分都是采用感溫光纖進(jìn)行探測的，隧道中感溫光纖的傳統(tǒng)安裝鋪設(shè)可以沿鋼絲自然平行進(jìn)行覆蓋，每米用一個(gè)不銹鋼線扣來固定探測光纖和鋼絲，特殊隧道地段可適當(dāng)增加；探測光纖可以固定在鋼絲的正下方。

分布式感溫光纖測量裝置的組成

分布式光纖測溫裝置可以由光纖槽、雙向耦合器、分光器、激光器、雪崩光電二極管、放大電路、激光器、同步控制器、數(shù)據(jù)采集卡等構(gòu)成。

感溫光纖的工作原理

光纖槽內(nèi)安裝有機(jī)內(nèi)光纖和高精度溫度感應(yīng)芯片，使用時(shí)，機(jī)外光纖通過光纖槽與機(jī)內(nèi)光纖連接。當(dāng)一個(gè)光脈沖從光纖的一端射入光纖時(shí)，這個(gè)光脈沖沿著光纖向前傳播，因光纖內(nèi)壁類似鏡子，故光脈沖在傳播中的每一點(diǎn)都會(huì)產(chǎn)生反射，反射之中有一小部分的反射光，其方向正好與入射光的方向相反（亦可稱為背向）。這種背向反射光的強(qiáng)度與光線中的反射點(diǎn)的溫度有一定的相關(guān)關(guān)系。反射點(diǎn)的溫度（該點(diǎn)的光纖的環(huán)境溫度）越高，反射光的強(qiáng)度也越大。也就是說，背向反射光的強(qiáng)度可以反映出反射點(diǎn)的溫度。利用這個(gè)現(xiàn)象，若能測量出背向反射光的強(qiáng)度，就可以計(jì)算出反射點(diǎn)的溫度。

感溫光柵工作原理

感溫光柵是最近這幾年由于光纖溫度傳感器的廣泛使用而興起的利用光纖作為傳輸通道，通過光柵作為感溫器件。其原理是溫度變化對光柵周期或纖芯折射率產(chǎn)生變化，從而產(chǎn)生光柵布拉格信號(hào)的波長位移，通過檢測布拉格波長的變化，而獲得光纖光柵周圍溫度的變化。感溫光柵的組成主要是由光纖光柵探頭、傳輸光纖、連接光纖、光纖連接器、信號(hào)處理機(jī)等組成。

光纖光柵溫度傳感器

隨著光纖光柵串以及弱光柵陣列的普及，光纖光柵傳感器應(yīng)用于分布式測溫場合越來越多。在諸多溫度監(jiān)測場合，要求溫度傳感器具有很高的精度和響應(yīng)速度要求，同時(shí)能識(shí)別光柵的具體位置。光纖光柵溫度傳感器是一種無源傳感裝置，具有不產(chǎn)生自熱、抗電磁干擾、高靈敏度、輕質(zhì)柔性、多參量復(fù)合傳感、大空間分布式測量等顯著優(yōu)點(diǎn)，在光纖測溫傳感領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

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