拉曼光纤测温原理及在电力系统中的应用(2)

第３期孙国善，等拉曼光纤测温原理及在电力系统中的应用

由式（７）可得到局域处的温度ｒ为

下２瓦一面卜万瓦可盯万ｊ

㈩¨）

式（８）为典型的用斯托克斯散射ＯＴＤＲ曲线解调专寺 忐ｈ勰】

反斯托克斯散射ＯＴＤＲ曲线的被测温度ｒ的表达

式㈨】。

１．２分布式测量原理

当激光脉冲在光纤中传输时，由于光纤中存在折射率的微观不均匀性，会产生散射。在时域里，入射光经后向散射返回到光纤入射端所需时间为ｔ，激光脉冲在光纤中所走过的路程为２Ｌ，２Ｌ＝秽 ｔ，秽为光在光纤中传播速度，秽＝Ｃ／ｎ；Ｃ为真空中的光速；ｎ为光纤折射率。在测得时刻ｔ时，就可求得距光源Ｌ处的距离，即定位距离。而接收光功率公式可表示为时间函数，即Ｐ（ｔ）

＝０．５ｖＳ厂玩ｅｘｐ（一ａ秒ｔ），其中．ｓ为后向散射因

子；厂为单位长度上的光后向散射系数；口为入射光的单位长度上的损耗系数。时间的不同又对应着光纤位置的不同，这就意味着光电探测器探测到的光功率为光纤位置的函数，那么不同光纤位置￡处的光功率均可被探测器探测到。随着￡逐渐增加，探测器就实现了对沿光纤分布待测温度场的空间分布式测量ＨＪ。１．３系统框图及工作过程悼１

如图１，计算机控制同步脉冲发生器产生具有一定重复频率的脉冲，这个脉冲一方面调制脉冲激光器，使之产生一系列大功率光脉冲；同时向高速数据采集卡提供同步脉冲，使其进入数据采集状态。光脉冲经过波分复用器的一个端口进入到传感光纤，并在光纤中各点处产生后向散射光，返回到波分复用器。后向散射光通过薄膜干涉滤光片分别滤出斯托克斯光和反斯托克斯光，经波分复用器的另外两个端Ｅｌ输出，并分别进入

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斯托克斯光ｌ

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脉冲发生器

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待测区域

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图Ｉ系统框图

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方数据到光电检测器和主放大器中进行光电转换和放大，

将信号放大到数据采集卡能够有效采集的范围上。此时数据采集卡将传感光纤各点散射回来的光电信号进行采集和存储，产生一条光纤温度曲线，并等待后续光脉冲产生的散射光电信号进行累加和平均等数据处理。最终由计算机通过编译好的软件进行温度解调和显示。

２温度传感实验

按照图１正确连接整个系统后，在光纤６００ｍ

和ｌ

０００

ｍ处绕制５０ｍ光纤环，分别加热至７０℃

和８０℃并保持温度恒定，原始ＯＴＤＲ信号曲线和温度解调曲线如图２，３所示。符合实际预设温度值，经反复实验，系统工作稳定，测温准确，可用于实际温度测量。

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