分布式光纤温度监测设备调研报告(4)

术，对回路场上的空间分布和随时间变化的信息进行测量和监控，因而可以实现长距离、大范围、高密度的监测，系统具有无法比拟的性价比。

光纤温度传感与测量技术是仪器仪表领域重要的发展方向之一。由于光纤具有体积小、重量轻、可挠、电绝缘性好、柔性弯曲、耐腐蚀、测量范围大、灵敏度高等特点，对传统的传感器特别是温度传感器能起到扩展提高的作用，完成后者很难完成甚至不能完成的任务。光纤传感技术用于温度测量，除了具有以上特点外，与传统的温度测量仪器相比，还具有响应快、频带宽、防爆、防燃、抗电磁干扰等特点。

2. 基本原理

2.1 拉曼散射

拉曼散射效应是入射光与散射介质发生非弹性碰撞，在相互作用时，入射光可以放出或吸收一个与散射介质分子振动相关的高频声子，一个为斯托克斯光（Stokes），另一个为反斯托克斯光（Anti-Stokes）。自发拉曼散射中反斯托克斯光与斯托克斯光强度之比满足下面公式：

hv

IAnti Stokes v vi kT

e

IStokes v vi

是激光脉冲的频率， i是振动频率，h是普朗克常数，k 是 Boltzmann 常数，T 是绝对温度。

4

从上式可以看出，光纤的材料决定了分子振动的频率 i，则根据上式反斯托克斯分量与斯托克斯分量强度之比就可以唯一确定温度 T。这就是基于拉曼散射测温的原理。

如图2-1，当光脉冲经波分复用器中的双向耦合器耦合进传感光纤后，它在光纤中向前传输的同时产生后向拉曼散射光，并返回到波分复用器中，可滤出斯托克斯光和反斯托克斯光，分别进入到光电转换器APD和放大器中，数据采集卡将光纤沿线各点散射回来的信号进行采集和存储，最终由计算机的软件进行温度解调和图形显示 。

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