根据后向透射原理,分布式光纤温度测量系统可分为瑞利透射、拉曼散射和布里渊透射三种。现阶段发展趋势较为完善,且有商品运用于工程项目的是根据拉曼散射的分布式光纤测温系统。其传感器原理主要基于光纤的光频域反射(OTDR)原理和光纤的后向拉曼散射温度效应。
一、分布式光纤温度测量的基本上原理
根据后向透射原理,分布式光纤温度测量系统可分为瑞利透射、拉曼散射和布里渊透射三种。目前发展趋势比较完善,根据拉曼散射的分布式光纤测温系统,在工程项目中使用商品。其传感器原理主要基于光纤的光频域反射(OTDR)原理和光纤的后向拉曼散射温度效应。
(一)光频域反射(OTDR)原理
当激光器单脉冲在光纤中传递时,因为光纤中存有折光率的宏观不均衡性,会发生透射。在频域里,入射角经后向透射回到到光纤出射端所需時间为t,激光器单脉冲在光纤中所一路走来程为2L,其中v为光在光纤中的快速传播、C为真空泵中的光的速度,n为光纤折光率。在测出时时刻刻t时,就可求取距灯源L处的间距。
(二)光纤后向拉曼散射温度效应。
当一个激光器单脉冲从光纤的一端射进光纤时,这一光单脉冲会顺着光纤往前散播。因为光单脉冲与光纤内部结构分子结构产生动量守恒和非弹性碰撞,故光单脉冲在传递中的每一点都是会造成反射,反射中有一小部分的反射光,其角度恰好与入射角的方位反过来(也可以称之为后向)。这类后向反射光的强度与光源中的反射点的温度有一定的相关分析。反射点温度(光纤所在的自然环境温度)越高,反射光强度越大。运用这种状况,若能测到后向反射光的强度,就可以估算出反射点的温度,这就是运用光纤测量温度的基本上原理。