PRODUCT CLASSIFICATION
產(chǎn)品分類(lèi)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)
分布式光纖測(cè)溫的基本原理及其傳感過(guò)程簡(jiǎn)介
分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)依據(jù)后向散射原理可以分為三種:基于瑞利散射、基于拉曼散射和基于布里淵散射。目前發(fā)展比較成熟,且有產(chǎn)品應(yīng)用于工程的是基于拉曼散射的分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)。它的傳感原理主要依據(jù)的是光纖的光時(shí)域反射(OTDR)原理和光纖的后向拉曼散射溫度效應(yīng)。
分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)依據(jù)后向散射原理可以分為三種:基于瑞利散射、基于拉曼散射和基于布里淵散射。目前發(fā)展比較成熟,且有產(chǎn)品應(yīng)用于工程的是基于拉曼散射的分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)。它的傳感原理主要依據(jù)的是光纖的光時(shí)域反射(OTDR)原理和光纖的后向拉曼散射溫度效應(yīng)。
?。ㄒ唬┕鈺r(shí)域反射(OTDR)原理
當(dāng)激光脈沖在光纖中傳輸時(shí),由于光纖中存在折射率的微觀不均勻性,會(huì)產(chǎn)生散射。在時(shí)域里,入射光經(jīng)后向散射返回到光纖入射端所需時(shí)間為t,激光脈沖在光纖中所走過(guò)的路程為2L,其中v為光在光纖中的傳播速度、C為真空中的光速,n為光纖折射率。在測(cè)得時(shí)刻t時(shí),就可求得距光源L處的距離。
?。ǘ┕饫w的后向拉曼散射溫度效應(yīng)
當(dāng)一個(gè)激光脈沖從光纖的一端射入光纖時(shí),這個(gè)光脈沖會(huì)沿著光纖向前傳播。由于光脈沖與光纖內(nèi)部分子發(fā)生彈性碰撞和非彈性碰撞,故光脈沖在傳播中的每一點(diǎn)都會(huì)產(chǎn)生反射,反射中有一小部分的反射光,其方向正好與入射光的方向相反(亦可稱(chēng)為后向)。這種后向反射光的強(qiáng)度與光線中的反射點(diǎn)的溫度有一定的相關(guān)關(guān)系。反射點(diǎn)的溫度(該點(diǎn)光纖所處的環(huán)境溫度)越高,反射光的強(qiáng)度也越大。利用這個(gè)現(xiàn)象,若能測(cè)出后向反射光的強(qiáng)度,就可以計(jì)算出反射點(diǎn)的溫度,這就是利用光纖測(cè)量溫度的基本原理。
如用公式來(lái)表達(dá):當(dāng)激光脈沖在光纖中傳播時(shí)與光纖分子相互作用,會(huì)發(fā)生瑞利散射、布里淵散射、拉曼散射,其中拉曼散射是由于光纖分子的熱振動(dòng)和光子相互作用發(fā)生能量交換而產(chǎn)生的。如果一部分光能轉(zhuǎn)換成熱振動(dòng),那么將發(fā)出一個(gè)比光源波長(zhǎng)長(zhǎng)的光,稱(chēng)為斯托克斯光;如果一部分熱振動(dòng)轉(zhuǎn)換為光能,那么將發(fā)出一個(gè)比光源波長(zhǎng)短的光,稱(chēng)為反斯托克斯光。根據(jù)拉曼散射理論,在自發(fā)拉曼散射條件下,兩束反射光的光強(qiáng)與溫度有關(guān),它們的比值R(T)為:
?。?)其中,和分別是斯托克斯光強(qiáng)和反斯托克斯光強(qiáng),h為普朗克常數(shù),k為玻爾茲曼常數(shù),T為溫度。從(1)式中可以看出,R(T)僅與溫度T有關(guān)。因此,我們可以借助反斯托克斯與斯托克斯光強(qiáng)之比來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。
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