光纖光纖測(cè)溫傳感的檢測(cè)原則

　　光纖光纖測(cè)溫傳感原理的主要依據(jù)是光纖的光時(shí)域反射( OTDR: Optical T ime Domain Reflectome try) 原理以及光纖的背向拉曼散射( Raman Scat tering) 溫度效應(yīng)。當(dāng)一個(gè)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。因光纖內(nèi)壁類似鏡子, 故光脈在傳播中的每一點(diǎn)都會(huì)產(chǎn)生反射, 反射之中有一小部分的反射光, 其方向正好與入射光的方向相反( 亦可稱為背向) 。這種背向反射光的強(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)的光纖的環(huán)境溫度) 越高, 反射光的強(qiáng)度也越大。也就是說(shuō), 背向反射光的強(qiáng)度可以反映出反射點(diǎn)的溫度。利用這個(gè)現(xiàn)象, 若能測(cè)量出背向反射光的強(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)頻率為 V 0 的激光入射到光纖中, 它在光纖中傳輸?shù)耐瑫r(shí)不斷產(chǎn)生后向散射光波, 這些后向散射光波中除有一與入射光頻率 V 0 相同的很強(qiáng)的中心譜線之外, 在其兩側(cè),還存著( V 0- V) 及( V 0+ V) 的兩條譜線。中心譜線為瑞利散射譜線, 低頻一側(cè)頻率為( V 0-V) 、波長(zhǎng)為 s 的譜線稱為斯托克斯線( stokes) , 高頻一側(cè)頻率為( V 0+ V) 、波長(zhǎng)為 a 的譜線,稱為反斯托克斯線( Anti- stokes) 。根據(jù)拉曼散射理論, 在自然拉曼散射條件下, 反斯托克斯光強(qiáng) Ia 于斯托克斯光強(qiáng) Is 的比值 R( r) 為

　　R ( r ) = I a/ Is= ( s/ a) 4ex p ( - hcV 0/ kT ) ( 1)

　　式中: h普朗克常數(shù);

　　c真空中的光速;

　　k波爾茲曼常數(shù);

　　T絕對(duì)溫度

　　從公式中可以看出, R( r) 僅與溫度 T 有關(guān),而與光強(qiáng)、入射條件、光纖幾何尺寸及光纖成分無(wú)關(guān)。據(jù)此, 我們可以借助探測(cè)反斯托克斯及斯托克斯后向拉曼散射光強(qiáng)之比值來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度絕對(duì)測(cè)量, 利用該原理的溫度傳感檢測(cè)原理 。另外, 利用OTDR 技術(shù), 還可以確定光纖長(zhǎng)度損耗和光纖故障點(diǎn)、斷點(diǎn)的位置。