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分布式光纤温度传感器工作原理及简介

分布式光纤温度传感器工作原理及简介

发布时间:2022-09-01 11:24    浏览量:
      分布式光纤温度传感器,通常用在检测空间温度分布的系统,其原理最早于1981年提出,后随着科学家的实验研究,最终研制出了此项技术。这种传感器原理发展是基于三种传感器的研究,分别是瑞利散射、布里渊散射、喇曼散射。在瑞利散射(OTDR)和布里渊散射(OTDR)的研究已取得了很大的进展,因此未来的传感器研究热点,将放在对基于喇曼散射(OTDR)的新分布式光纤传感器的研究上。最近,土耳其Gunes Yilmaz开发出了一种分布式光纤温度传感器,此传感器的温度分辨率是1℃,空间分辨率是1.23m。在我国也有很多大学展开了对分布式光纤温度传感器的研究,例如,中国计量大学1997年发明出煤矿温度检测的传感器系统,其检测温度为-49℃~150℃,温度分辨率为0.1℃。
从室温到1800℃全程测温的光纤温度传感器的系统主要包括端部掺杂的光纤传感头、 Y型石英光纤传导束、超高亮发光二极管(LED)及驱动电路、光电探测器、荧光信号处理系统和辐射信号处理系统。
 
      系统的工作原理为: 在低温区(400℃以下), 辐射信号较弱, 系统开启发光二极管(LED)使荧光测温系统工作。发光二极管发射调制的激励光, 经聚光镜耦合到Y型光纤的分支端, 由Y型光纤并通过光纤耦合器耦合到光纤温度传感头。光纤传感头端部受激励光激发而发射荧光, 荧光信号由光纤导出, 并通过光纤耦合器从Y型光纤的另一分支端射出, 由光电探测器接收。光电探测器输出的光信号经放大后由荧光信号处理系统处理, 计算荧光寿命并由此得到所测温度值。而在高温区(400℃以上), 辐射信号足够强, 辐射测温系统工作, 发光二极管关闭。辐射信号通过蓝宝石光纤并通过Y型光纤输出, 由探测器转换成电信号, 系统通过检测辐射信号强度计算得到所测温度。
      光纤传感头端部由Cr3+离子掺杂, 实现光激励时的荧光发射。掺杂部分光纤长度为8~10 mm。端部光纤的外表面同时镀复黑体腔, 用于辐射测温。 (这时,光纤黑体腔长度与直径之比大于10,可以满足黑体腔表观辐射率恒定的要求)。值得注意的是, 避免或减少荧光发射部分与热辐射部分的相互干扰, 对保证整个系统的性能十分重要。
      经过分析, 可以发现这种干扰主要表现为:
      1) 荧光信号中辐射背景信号对荧光寿命检测精度的影响,
      2) 光纤表面镀复对荧光强度的影响,
      3) 光纤内Cr3+离子掺杂对黑体腔热辐射信号的影响。
 

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