試論光纖傳感器在溫度測(cè)量中的應(yīng)用

1、<p>　　試論光纖傳感器在溫度測(cè)量中的應(yīng)用</p><p>　　摘 要：20世紀(jì)70年代中期，人們開(kāi)始意識(shí)到光纖不僅具有傳光的特性，而且本身就可以構(gòu)成一種新的直接交換信息的元件。光纖能把待測(cè)的量與它的各種參數(shù)聯(lián)系起來(lái)，從而將被測(cè)信號(hào)的狀態(tài)，以光信號(hào)的形式傳出。另外，光纖不僅是一種敏感元件，而且是一種優(yōu)良的低損耗傳輸線。光纖傳感器具有傳統(tǒng)傳感器所不可比的優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍大、響應(yīng)速度快、不受電磁干

2、擾、防爆防燃、易于遠(yuǎn)距離遙測(cè)、保密性好、重量輕、機(jī)械強(qiáng)度高”。從光纖傳感器問(wèn)世至今。已有了上百個(gè)品種，在許多領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，本文簡(jiǎn)要介紹光纖傳感器的在溫度測(cè)量中的應(yīng)用。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：光纖 傳感器 溫度 測(cè)量 </p><p>　　一、光纖傳感器是儀器儀表領(lǐng)域新的發(fā)展方向 </p><p>　　由于光纖傳感器及技術(shù)具有較其它傳感器無(wú)法比擬的特點(diǎn)，

3、所以近幾年來(lái)，光纖傳感器與測(cè)量技術(shù)發(fā)展成為儀器儀表領(lǐng)域新的發(fā)展方向.而新型光纖傳感器不外乎有以下特點(diǎn)： </p><p>　　1.光纖傳感器具有優(yōu)良的傳光性能，傳光損耗很小，目前損耗能達(dá)到感0.2dB/km的水平。 </p><p>　　2.光纖傳感器頻帶寬，可進(jìn)行超高速測(cè)量，靈敏度和線性度好。 </p><p>　　3.光纖傳感器體積很小，重量輕，能在惡劣環(huán)境下進(jìn)

4、行非接觸式、非破壞性以及遠(yuǎn)距離測(cè)量。 </p><p>　　還具有靈敏度高、可靠性好、原材料硅資源韋富、抗電磁干擾，抗腐蝕、耐高壓、電絕緣性能好、可繞曲、防爆、頻帶寬、損耗低等特點(diǎn)。同時(shí)，它還便于與計(jì)算機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)智能化和遠(yuǎn)距離監(jiān)控。對(duì)傳統(tǒng)的傳感器起到擴(kuò)展提高的作用，不少情況下能夠完成前者很難完成甚至不能完成的任務(wù)。 </p><p>　　正是由于光纖傳感器具有許多獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，可以解決許多傳

5、統(tǒng)傳感器無(wú)法解決的問(wèn)題，故自從它問(wèn)世以來(lái)，就被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、交通、電力、機(jī)械、石油化工、民用建筑以及航空航天等各個(gè)領(lǐng)域。 </p><p>　　二、光纖傳感器的分類(lèi)及工作原理 </p><p>　　按構(gòu)成形式劃分，光纖傳感器主要有兩大類(lèi)型一類(lèi)是傳光型，這類(lèi)傳感器是利用被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)引起光變換器件工作狀態(tài)變化，從而通過(guò)檢測(cè)與光變換器連接的光纖中所傳輸光波參數(shù)的變化來(lái)確定被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)的。光

6、纖以其低損耗、輕細(xì)等特點(diǎn)，在不干擾被測(cè)對(duì)象狀態(tài)的情況下傳輸所感測(cè)的信號(hào)。另一類(lèi)是傳感型，這類(lèi)傳感器是利用被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)（物理的、化學(xué)的等）引起光纖傳輸特性變化，從而通過(guò)檢測(cè)光纖中所傳輸光波的振幅（強(qiáng)度）、相位、偏振態(tài)與頻率等的變化來(lái)確定被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)的。引起光纖傳輸參數(shù)或光波本身的變化，直接或間接地與各種物理效應(yīng)有關(guān)。光纖本身起著傳感器的作用。 </p><p>　　三、用于燃?xì)廨啓C(jī)溫度檢測(cè)的光纖傳感器 <

7、/p><p>　　燃?xì)廨啓C(jī)葉片溫度和間隙的精確測(cè)量，直接關(guān)系著其工作效率和運(yùn)行安全?；谌?xì)廨啓C(jī)內(nèi)部工作環(huán)境惡劣、溫度高、空間狹小、干擾嚴(yán)重等特點(diǎn)。本文根據(jù)實(shí)際使用情況提出了一種基于雙波長(zhǎng)測(cè)溫原理的光纖傳感器結(jié)構(gòu)。研究表明，雙波長(zhǎng)測(cè)溫法可以有效地抑制周?chē)h(huán)境的影響，輻射光沿多模光纖傳輸，經(jīng)不同探測(cè)器形成兩路探測(cè)信號(hào)，分別通過(guò)交流放大濾波，以提高信噪比和測(cè)量精度。在光纖末端加入擾模器，可以部分消除因光纖彎曲、扭轉(zhuǎn)等不定

8、因素所帶來(lái)的隨機(jī)傳輸損耗，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。該傳感器采用多根250μm芯徑的石英光纖作為空間傳輸光路，使環(huán)境干擾因素如塵埃、水汽等對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響減小，其測(cè)溫范圍在300～1000℃，準(zhǔn)確度可達(dá)±2℃。 </p><p>　　四、光纖溫度傳感器在溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用 </p><p>　　1.提高系統(tǒng)的信噪比利用DTS測(cè)出的溫度信號(hào)比較微弱，如果在噪聲很大的環(huán)境中，會(huì)導(dǎo)致有效溫度

9、信號(hào)的數(shù)據(jù)丟失。所以分析這種微弱的溫度信號(hào)時(shí)，要先對(duì)其做相應(yīng)的預(yù)處理。在解調(diào)過(guò)程中信噪比要能夠與測(cè)量的精度要求相符，因此可以利用小波分解結(jié)合互相關(guān)延時(shí)過(guò)程的方法進(jìn)行所采集微弱信號(hào)的去噪處理，以提高其信噪比。因?yàn)樾〔ê瘮?shù)中Haar函數(shù)在處理信噪比相對(duì)較低的系統(tǒng)信號(hào)時(shí)比較有效，所以系統(tǒng)在處理信號(hào)時(shí)可以選擇Haar函數(shù)。而互相關(guān)函數(shù)可以；隹確出輸出信號(hào)受輸入信號(hào)影響的程度，可以有效的修正測(cè)量過(guò)程中由于噪聲源所導(dǎo)致的誤差，且互相關(guān)的過(guò)程又滿足系

10、統(tǒng)處理信號(hào)的要求，所以選擇其進(jìn)行信號(hào)處理。將上述兩種方法相結(jié)合，對(duì)信號(hào)進(jìn)行去噪處理可以得到很好的效果。 </p><p>　　2.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和解調(diào)原理分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)所利用的是上述光時(shí)域反射技術(shù)及光纖背向Raman散射溫度效應(yīng)。當(dāng)脈中激光器LD射出脈沖光后，其經(jīng)過(guò)定向耦合器向傳感光纖輸出，背向散射光帶有受測(cè)點(diǎn)的溫度信息，傳感光纖再將其傳回至定向耦合器并分為路，其中一種可以直接由背向散射光提取瑞利光，而另外

11、一路則經(jīng)過(guò)波分復(fù)用器后濾出反斯托克斯光。APD，即光電檢測(cè)器可以探測(cè)出這兩路光信號(hào)的空間溫度，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)再進(jìn)行放大，將放大后的電信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)采集及處理電路進(jìn)行雙高速A/D轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)處理，接著將處理好的數(shù)據(jù)傳送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)的屏幕上就會(huì)實(shí)時(shí)的顯示出數(shù)據(jù)處理的過(guò)程。再通過(guò)小波函數(shù)結(jié)合互相關(guān)過(guò)程的方法對(duì)信號(hào)去噪，最終根據(jù)解調(diào)的溫度信號(hào)獲取受測(cè)區(qū)的溫度分布信息。系統(tǒng)通過(guò)反斯托克斯和瑞利后向散射比解調(diào)的方法進(jìn)行溫度信號(hào)的解調(diào)

12、，通過(guò)瑞利散射的光時(shí)域反射儀曲線解調(diào)反斯托克斯光的光時(shí)域反射儀曲線，最終獲取需測(cè)量的溫度。系統(tǒng)通過(guò)雙通道測(cè)量的方法獲取溫度值，獲取的解調(diào)溫度數(shù)據(jù)精確度更高，系統(tǒng)的穩(wěn)定性及靈敏度均有所提高。 </p><p>　　因?yàn)楣饫w傳感器與測(cè)量技術(shù)是當(dāng)今儀器儀表領(lǐng)域新的發(fā)展方向，其測(cè)量用的光纖傳感器有很多種類(lèi)，有很多種工作方式。要仔細(xì)地考慮項(xiàng)目的具體的應(yīng)用要求，作好選擇。 </p><p><b