剖析光纤测温传感的检测原则
光纤光纤测温传感的检测原则光纤光纤测温传感原理的主要依据是光纤的光时域反射( OTDR: Optical T ime Domain Reflectome try) 原理以及光纤的背向拉曼散射( Raman Scat tering) 温度效应。当一个光脉冲从光纤的一端射入光纤时, 这个光脉冲会沿着光纤向前传播。因光纤内壁类似镜子, 故光脉在传播中的每一点都会产生反射, 反射之中有一小部分的反射光, 其方向正好与入射光的方向相反( 亦可称为背向) 。这种背向反射光的强度与光线中的反射点的温度有一定的相关关系。反射点的温度( 该点的光纤的环境温度) 越高, 反射光的强度也越大。也就是说, 背向反射光的强度可以反映出反射点的温度。利用这个现象, 若能测量出背向反射光的强度, 就可以计算出反射点的温度, 这就是利用光纤测量温度的基本原理。
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如用公式来表达: 当频率为 V 0 的激光入射到光纤中, 它在光纤中传输的同时不断产生后向散射光波, 这些后向散射光波中除有一与入射光频率 V 0 相同的很强的中心谱线之外, 在其两侧,还存着( V 0- V) 及( V 0+ V) 的两条谱线。中心谱线为瑞利散射谱线, 低频一侧频率为( V 0-V) 、波长为 s 的谱线称为斯托克斯线( stokes) , 高频一侧频率为( V 0+ V) 、波长为 a 的谱线,称为反斯托克斯线( Anti- stokes) 。根据拉曼散射理论, 在自然拉曼散射条件下, 反斯托克斯光强 Ia 于斯托克斯光强 Is 的比值 R( r) 为
R ( r ) = I a/ Is= ( s/ a) 4ex p ( - hcV 0/ kT ) ( 1)
式中: h普朗克常数;
c真空中的光速;
k波尔兹曼常数;
T绝对温度
从公式中可以看出, R( r) 仅与温度 T 有关,而与光强、入射条件、光纤几何尺寸及光纤成分无关。据此, 我们可以借助探测反斯托克斯及斯托克斯后向拉曼散射光强之比值来实现温度绝对测量, 利用该原理的温度传感检测原理 。另外, 利用OTDR 技术, 还可以确定光纤长度损耗和光纤故障点、断点的位置。
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