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分布式光纤温度传感器的工作原理和性能分析
发布时间:2016-08-25   点击次数:3383次

分布式光纤温度传感器是一种用于实时测量空间温度场的光纤传感系统。该系统采用先进的光时域反射(OTDR)技术,结合光纤中的拉曼散射效应实现对测温光纤所处温度场的分布式测量。

与传统的电温度传感器相比,分布式光纤温度传感器具有抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、本质安全;灵敏度高;重量轻、体积小、可绕曲;测量对象广泛;成本低、寿命长、可靠性高等优点,可以广泛应用于电力电缆、地铁隧道、煤矿巷道、石油储罐、大型建筑结构的温度监控和火灾报警。

一、基本工作原理

分布式光纤温度传感器利用的是光纤中的自发拉曼散射效应和OTDR技术,其基本的工作过程如上图所示。光源发出的脉冲光经过波分复用器(WDM)进入测温光纤,在光纤中激发光子与光纤分子发生非弹性碰撞,产生高频移的反斯托克斯光和低频移的斯托克斯光,背向散射的反斯托克斯光和斯托克斯光,再经由WDM到达光电探测器进行光电转换,zui后进入信号处理系统进行分析。其中,根据OTDR原理,通过光电探测器探测到光信号的时间可以计算出背向散射光在光纤中产生的位置;通过探测背向散射光功率的变化实现对测温光纤温度的分布式测量。

二、系统优点:

与传统温度探测器相比较,分布式光纤温度传感器具有许多优势,主要包括:

1.分布式测量
分布式光纤传感器可实现沿着探测光缆几公里进行实时、在线温度测量;

2。定位精度高

分布式光纤测温系统采用先进的光时域反射技术,可以的定位高温报警发生位置和故障点;

3.测量距离远
光纤的两个突出优点就是传输数据量大和损耗小,在无需中继的情况下,可以实现几公里的远程监测和控制;

4.抗电磁干扰
光纤本质为石英,完全电绝缘;同时光纤作为信号载体,本征安全,不受任何外界电磁环境的干扰;

5.抗振动

用光纤作为感温和传感介质不会受各种振动和冲击的影响;

6.防雷
电传感器在雷电环境中经常遭到损坏,而光纤传感器由于完全电绝缘,可以抵抗高电压和高电流的冲击;

7.灵敏度高,测量精度高
理论上大多数光纤传感器的灵敏度和测量精度都优于一般的传感器,实际已成熟的产品也证明了这一点;

8.寿命长,成本低,系统简单
光纤的材料一般为石英玻璃,具有耐腐蚀、耐火、耐水及寿命长的特性,通常可以服役30年,并且光纤传感器自身成本以及以后的维护费用都较低。

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