光纤传感器在温度测量中的应用研究

摘要

光纤传感器因为其测量范围非常广,测量精度高等优点,成为二十世纪发展得最快的传感器。分布式光纤温度传感器则是重要的利用光纤进行测量的温度传感器。其原理是基于光纤中的后向散射现象和光时域反射的理论,使它能够在整条光纤的长度上,以距离为主要的连续函数的形式来测量光纤上各点温度值。
　　 本文从理论到实际应用,在以下四个方面进行了研究和试验:
　　 首先,论述了分布式光纤温度传感器目前在国内外研究的状况。立足于国内外现有的元器件和制造工艺,通过对多种可行技术方案的比较、分析,在光纤光栅传感器以及各种分布式传感器中,确定了基于自发拉曼散射中斯托克斯与反斯托克斯光强做对比的方式,来进行光纤温度检测的方案。
　　 其次,通过对实际中的反斯托克斯光和物理温度相关的特性进行分析,并结合光时域反射技术,确定了由自发拉曼散射和受激拉曼散射产生的定量描述,为本系统中的分布式的光纤温度传感器的合理应用做出了理论依据。
　　 再次,设计了系统硬件的总体结构。考虑到拉曼散射信号光功率、环境温度、亮电流与暗电流以及热噪声等多种因素,并结合工作稳定性、温度灵敏度、系统信噪比等几个方面的综合要求,对系统中各个部件的型号确定下来,使各个部分更好的衔接起来。
　　 最后,设计了系统软件,能实现温度的检测和一些系统的设置,并结合现场测量实际要求,完成了测量中一些问题的分析和解决,达到了良好的使用效果。