資源描述：
《分布式光纖溫度傳感器》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、1．研究背景（執(zhí)筆人：）溫度是度量物體冷熱程度的物理量，許多物理現(xiàn)象和化學(xué)過程都是在一定溫度下進行，人們的日常生活也和溫度密切相關(guān)。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，對溫度的測量也提出了更多更高的要求。以電信號為工作基礎(chǔ)的傳統(tǒng)的溫度傳感器，如熱電偶、熱敏電阻、熱釋電探測器等溫度傳感器的發(fā)展已經(jīng)非常成熟，但在有強電磁干擾或易燃易爆的場合下，基于電信號測量的傳統(tǒng)溫度傳感器便受到很大的限制。光纖溫度傳感與測量技術(shù)是儀器儀表領(lǐng)域重要的發(fā)展方向之一。由于光纖具有體積小、重量輕、可撓、電絕緣性好、柔性彎曲、耐腐蝕、測量范圍大、靈敏度高等特點，對傳統(tǒng)的傳感器特別是溫度傳感器能起到擴展提高的
2、作用，完成前者很難完成甚至不能完成的任務(wù)。光纖傳感技術(shù)用于溫度測量，除了具有以上特點外，與傳統(tǒng)的溫度測量儀器相比，還具有響應(yīng)快、頻帶寬、防爆、防燃、抗電磁干擾等特點。在科研和工程技術(shù)中，有許多場合需要確定溫度的分布,例如長距離輸油管道、通信電纜或電力電纜等管道的沿線溫度場分布，大型電力變壓器內(nèi)部的溫度場分布等。傳統(tǒng)的電溫度傳感器不能工作在強電磁環(huán)境中，也不宜在易燃、易爆環(huán)境或腐蝕性環(huán)境中工作，對于采用點式溫度傳感器實現(xiàn)溫度的分布測量還存在難于安裝、難于布線、難于維護的問題。分布式光纖溫度傳感器可實現(xiàn)沿光纖連續(xù)分布的溫度場的分布式測量，測試用光纖的跨距可達幾十千米，空
3、間分辨率高、誤差小，與單點、多點準(zhǔn)分布測量相比具有較高的性格比。與傳統(tǒng)的傳感器相比，分布式光纖溫度傳感器具有諸多優(yōu)點：集傳感與傳輸于一體，可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離測量與監(jiān)控；一次測定就可以獲取整個光纖區(qū)域的一維分布圖，將光纖架設(shè)成光柵狀，就可測定被設(shè)區(qū)域的二維和三維分布情況；能在一條長達數(shù)千米的傳感器光纖環(huán)路上獲得幾十、幾百甚至幾千條信息，因此單位信息成本顯著降低；測量范圍寬，具有高空間分辨率和高精度；在具有強電磁干擾或易燃易爆以及其他傳感器無法接近的惡劣環(huán)境下，分布式光纖溫度傳感器具有無可比擬的優(yōu)點。因此，自20世紀(jì)80年代以來，人們對實現(xiàn)分布式光纖溫度傳感器的各種技術(shù)展開了
4、廣泛研究。分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)的信號通道和傳感器全部用光纖實現(xiàn)，因而具有光纖傳感器的所有特點。它最顯著的特點還在于網(wǎng)絡(luò)化傳感方向，即把傳感光纖或光纖傳感器回路沿作用場壓力、溫度、應(yīng)變等分布排列，并采用獨特的探測技術(shù)，對回路場上的空間分布和隨時間變化的信息進行測量和監(jiān)控，因而可以實現(xiàn)長距離、大范圍、高密度的監(jiān)測，系統(tǒng)具有無法比擬的性價比。20世紀(jì)70年代提出的基于OTDR的瑞利散射系統(tǒng)的分布式光纖溫度傳感器經(jīng)歷了基于OTDR的喇曼散射和基于OTDR的布里淵散射系統(tǒng)，使得測溫精度和范圍大幅提高。已經(jīng)顯示出很大的優(yōu)越性，但它們離工業(yè)實用化還有很長的一段距離。另外，OF
5、DR是20世紀(jì)90年代以來的一個新技術(shù)，以及隨著喇曼散射和布里淵散射強散射研究的深入，OFDR與其集成日益顯示出其在測量精度、測量范圍和測量速度方面的優(yōu)越性。除了基于OTDR的喇曼散射型溫度傳感器外，其他幾種分布式溫度光纖傳感器離工業(yè)實用化還有很長的一段距離，所以基于OTDR和OFDR的分布式溫度光纖傳感器仍將是研究的熱點，尤其是基于OFDR的新型分布式光纖傳感器將是一個重要的發(fā)展方向。對該技術(shù)發(fā)展重點關(guān)注一下幾個方面：（1）現(xiàn)實單根光纖上多個物理參數(shù)（溫度和應(yīng)變）或化學(xué)參數(shù)的同時測量；（2）提高信號接收和處理系統(tǒng)的檢測能力，提高系統(tǒng)的空間分辨率和測量不確定度；（3
6、）提高測量系統(tǒng)的測量范圍，減少測量時間；（4）基于二維或多維的分布式光纖傳感網(wǎng)絡(luò)將成為光纖傳感器的研究方向。分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)可以解決一些常規(guī)溫度傳感器難以解決的問題，主要應(yīng)用于以下幾個方面：煤礦、隧道的災(zāi)害防治以及其報警系統(tǒng)；高層建筑、智能大廈、橋梁、高速公路等災(zāi)害性在線、動態(tài)檢測、防護及報警；地下河架空高壓電力電纜的熱點檢測和監(jiān)控；各種大、中型變壓器、發(fā)電機組的溫度分布測量、熱保護和故障診斷；火力發(fā)電所的配管溫度、供熱系統(tǒng)的管道輸油管道的熱點檢測和故障診斷；油庫、油罐、危險品倉庫、大型倉庫和大型輪船的貨倉火災(zāi)及報警系統(tǒng)；化工生產(chǎn)過程的在線、動態(tài)檢測；特別值得
7、提出的是，把分布式光纖溫度傳感器埋入材料結(jié)構(gòu)中，組成智能材料結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)材料本身的實時自檢測和自診斷，用于航空、航天飛行器的在線、動態(tài)檢測和機器人的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這種西歐年的學(xué)術(shù)思想將會使材料與工程科學(xué)產(chǎn)生革命性的變化，尤其是在航空航天的現(xiàn)代化工程領(lǐng)域具有特別重要的意義和廣闊的前景。自1988年開始國際光學(xué)工程協(xié)會將光纖智能結(jié)構(gòu)的研究列入專題討論會，這種智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)已被美國聯(lián)合研究開發(fā)中心用于計劃中的空間站，以實現(xiàn)對空間站結(jié)構(gòu)整體溫度的分布式控制。因此，通過改善分布式光纖溫度傳感器信號處理方式來提高整個系統(tǒng)的測溫精度具有十分重要的意義。它能使分布式光纖溫度傳感器
