光纤测温技术在低温领域的应用研究

摘要

高温超导电缆的实时温度监控对安全运行具有重大意义，而其高压大电流的运行环境对传统的低温传感器如PT100有较大的电磁干扰，影响测量准确度。而光纤测温技术具有抗电磁干扰、耐高压、可实现空间连续测量的优良特性，为了将它用于高温超导电缆的温度监测，有必要研究它在低温下的测温性能。
　　本文针对应用最广泛的光纤Bragg光栅温度传感器和后向拉曼散射分布式光纤温度传感器进行了低温性能的研究，主要工作内容和成果如下：
　　（1）利用裸光纤Bragg光栅和两种涂覆不同材料的光纤Bragg光栅分别在77K-296K范围内测量温度变化，得到它们的波长-温度曲线，并通过对比，分析涂覆材料对Bragg光栅在低温下测温性能的影响。
　　（2）利用涂覆层相同，封装不同的三种光纤Bragg光栅传感器进行77K-296K范围内的测温实验，得到它们的波长-温度曲线以及封装方式对光纤Bragg光栅在低温下测温性能影响的实验数据。
　　（3）设计了可以使待测温度平稳变化以便进行温度标定的实验样品和隔热装置，从上述实验过程中选择一种在低温下测温性能最好的光纤Bragg光栅进行低温标定实验，并对其波长-温度曲线进行Origin拟合，得到可以实用的标定方程。
　　（4）用分布式光纤测温系统进行了77K-296K的测温实验，并用PT100铂电阻温度传感器做参照，通过对比两种传感器测得的低温下的温度数据，并与理论计算结果进行比较，证明了分布式光纤测温系统能够在低温环境下进行温度监测，并具有较好的准确度和稳定性。
　　本文的研究表明在光栅表面涂覆特殊材料可以大大提高光纤Bragg光栅的低温测温灵敏度，为光纤Bragg光栅低温性能的改善找到了解决途径。通过实验证明了分布式光纤传感器用于低温环境的温度监控具有可行性和可靠性，为其用于高温超导电缆的温度监控提供了依据。

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1绪 论

1.1 传统温度传感器在高温超导电缆温度监控中的困难

1.2 光纤传感技术介绍

1.3 光纤温度传感器

1.4 光纤温度传感器对高温超导电缆温度监控的适用性

1.5国内外研究现状

1.6 本文主要工作内容

2 光纤Bragg光栅在低温下的测温性能研究

2.1 光纤Bragg光栅

2.2 光纤Bragg光栅测温原理

2.3 低温环境对光纤Bragg光栅传感器的影响及解决方法

2.4 涂覆层对光纤Bragg光栅在低温下的测温性能影响实验

2.5 封装对光纤Bragg光栅在低温下的测温性能影响实验

3 光纤Bragg光栅波长-温度曲线低温标定实验

3.1实验设备

3.2实验过程

3.3实验结果

3.4 波长-温度曲线拟合

4 分布式光纤测温系统在低温下的性能研究

4.1分布式光纤测温系统的理论基础

4.2 AP-Sensing分布式光纤测温系统介绍

4.3低温下的分布式光纤测温实验

5 总结与展望

致谢

参考文献