光纖傳感器在電力電纜分布式測溫的應(yīng)用-文庫吧資料
2025-06-24 20:10本頁面
【正文】 合應(yīng)用在電力系統(tǒng)強(qiáng)電磁干擾的惡劣環(huán)境中，其主要應(yīng)用模式有以下幾種。聯(lián)系到我國電力系統(tǒng)時(shí)常發(fā)生的故障來考慮，如果能在高壓電纜上并行地鋪設(shè)傳感光纜，對電力系統(tǒng)電纜、鐵塔等設(shè)施的溫度、壓力等參量進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，就能夠做到及時(shí)排險(xiǎn)，從而盡可能減少經(jīng)濟(jì)損失。目前，國外(主要是英國、日本等)已利用激光拉曼光譜效應(yīng)研制出分布式光纖溫度傳感器產(chǎn)品，而國內(nèi)也在積極地開展這方面的研究工作，現(xiàn)已研制成功基于分布式光纖溫度傳感原理的一系列產(chǎn)品，可廣泛應(yīng)用在航空航天、石油測井電力、冶金、煤礦等領(lǐng)域中。因此，當(dāng)光纖中的溫度和應(yīng)變發(fā)生變化時(shí)，會導(dǎo)致以上參量發(fā)生變化．從而使布里淵頻移和強(qiáng)度發(fā)生變化。 λ為前向傳輸?shù)墓獠ㄔ谧杂煽諉柕牟ㄩL。當(dāng)某一頻率的光人射到光纖中時(shí)．光纖中會產(chǎn)生1個(gè)聲波場，光波場與聲波場相互作用使散射光相對于人射光產(chǎn)生頻移．頻移的大小與材料的聲速成正比。由式(2)和式(3)可知，Stokes和AntiStokes散射光都攜帶了溫度信息，將Stokes散射光作為參考光，利用兩者的比值獲取光纖的溫度信息，后向散射光的傳播時(shí)間確定沿光纖各測量點(diǎn)的位置信息。分別為：式中，Io為光纖始端的人纖光強(qiáng)；Ks，Ko為與光纖Stokes和Anti—Stokes散射面積有關(guān)的系數(shù)；B為后向散射系數(shù)；vs，vas分別為Stokes和Anti—Stokes散射光頻率；αo，αs，αas。光纖中的拉曼散射是光在傳播時(shí)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(gè)分量。因此，根據(jù)光纖光柵波長變化與溫度變化之間的關(guān)系．即可獲取沿光纖分布的溫度信息。當(dāng)光纖光柵周圍的溫度發(fā)生變化時(shí)，將導(dǎo)致Λ和n變化，從而使λB變化△λB，在光纖光柵不受應(yīng)變時(shí)，△λB與環(huán)境溫度T的關(guān)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(guān)系，其比例系數(shù)約為10 pm/176。 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。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(shí)現(xiàn)了電絕緣?；驹硎抢霉獠牧系姆ɡ谛?yīng)，即光纖處于磁場中，磁場使光纖中光波的偏振面旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角θ與磁場強(qiáng)度H、磁場中光纖的長度L滿足：θ=KHL，K為光纖材料系數(shù)。 偏振態(tài)調(diào)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(diào)制型。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。圖3是Michelson光纖干涉儀，它利用一個(gè)光纖定向耦合器構(gòu)成雙光束干涉儀，兩光纖之一為參考臂，另一為傳感臂。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。 相位調(diào)制型這類傳感器的基本原理是利用被測參量對光學(xué)敏感元件的作用，使敏感元件的折射率、傳感常數(shù)或光強(qiáng)發(fā)生變化，從而使光的相位隨被測參量而變，然后用干涉儀進(jìn)行解調(diào)，即可得到被測參量的信息。當(dāng)被測參量(折射率、濃度、溫
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