光纖傳感器在電力電纜分布式測溫的應用-文庫吧
2025-06-03 20:10 本頁面
【正文】 息。用以上原理制成的光纖干涉儀可測量地震波、水壓(包括水聲)、溫度、加速度、電流、磁場等，并可檢測液體、氣體的成分。這類光纖傳感器的靈敏度很高，傳感對象廣泛(只要能對干涉儀中的光程產(chǎn)生影響均可以傳感)，但是需要特種光纖。這主要是針對光纖干涉儀中為獲得干涉效應要采用單模光纖，最好采用“雙折射率”單模光纖，并且為了使光纖干涉儀對被測物理量進行“增敏”，對非被測物理量進行“去敏”，需對單模光纖進行特殊處理，以滿足測量不同物理量的要求。圖3是Michelson光纖干涉儀，它利用一個光纖定向耦合器構成雙光束干涉儀，兩光纖之一為參考臂，另一為傳感臂。被測參量的變化可直接引起干涉儀中傳感臂光纖的長度L(對應于光纖的彈性變形)和折射率發(fā)生變化，從而引起光纖中光波相位的變化。若把磁致伸縮材料或壓電材料固定在傳感臂上，則可利用它們對光纖引起的壓力變化來測量弱磁場或弱電場。若在傳感臂上鍍上金屬薄膜，則可利用電流的熱效應來測量電流。 偏振態(tài)調制型被測參量可使光纖中光波的偏振態(tài)發(fā)生變化，檢測該種變化的光纖傳感器稱為偏振態(tài)調制型。最典型的是測量大電流用的光纖電流傳感器?；驹硎抢霉獠牧系姆ɡ谛?，即光纖處于磁場中，磁場使光纖中光波的偏振面旋轉，旋轉角θ與磁場強度H、磁場中光纖的長度L滿足：θ=KHL，K為光纖材料系數(shù)。由長直載流導線在周圍空間產(chǎn)生的磁場H=I／2πR (R是光纖與載流導線間的垂直距離)，則θ=KLI／2πR只要測出θ、L、R即可求出導線中的電流。圖4為其原理圖，這種測電流的方法測量范圍大、靈敏度高、與高壓線無接觸，使輸入輸出端實現(xiàn)了電絕緣。2 光纖傳感器測溫原理目前，應用最多的光纖傳感器有光纖光柵溫度傳感器、基于拉曼散射及布里淵散射的分布式光纖傳感器等。 光纖光柵傳感器測溫原理光纖光柵溫度傳感器利用其布拉格波長的溫度依賴性測溫。當寬光譜光經(jīng)過光纖布拉格(Bragg)光柵時，滿足布拉格條件的單色光λB被反射回輸入端，λB與光柵的折射率變化周期Λ和纖芯有效折射率n有關。當光纖光柵周圍的溫度發(fā)生變化時，將導致Λ和n變化，從而使λB變化△λB，在光纖光柵不受應變時，△λB與環(huán)境溫度T的關系為：式中，λB為光柵反射回的單色光波長；△λB為波長的變化量；α為光纖熱膨脹系數(shù)，一般為O．55e6 ；ξ為光纖光柵的熱光系數(shù)，常溫下約為8_3e6；△T為溫度的變化量，△λB與△T呈線性關系，其比例系數(shù)約為10 pm/176。C。因此，根據(jù)光纖光柵波長變化與溫度變化之間的關系．即可獲取沿光纖分布的溫度信息。 拉曼傳感器測溫原理托曼分布式光纖溫度傳感器主要依據(jù)光時域反射(Optical Time Domain Reflectometer，OTDR)原理及光纖的后向拉曼散射(Raman Scattering)效應。光纖中的拉曼散射是光在傳播時與光纖材料相互作用產(chǎn)生的一種非彈性散射．包含斯托克斯(Stokes)散射和反斯托克斯(Anti—Stokes)散射2個分量。當光強為Io，頻率為vo的光入射到光纖中時，若在光纖區(qū)域l處溫度為T，則光纖入射端所探測到的后向Stokes散射光強Is、Anti—Stokes散射光強Ias。分別為：式中，Io為光纖始端的人纖光強；Ks，Ko為與光纖
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