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瑞利散射 喇曼散射 布里渊散射 一 光纤温度传感器的光学原理及其分类 由于液芯的使用，使得此方案存在很大争议：液体存在冰点和沸点,因而温度测量范围受到了很大限制,光纤的不纯或者有微粒,将增加光纤的散射面或者光纤局部损耗,从而使得信号不准确,给出错误的温度信息.另外液芯光纤的使用也不方便.这种方案是分布式温度传感方案的基础,但其只能在试验室内工作良好,能达到在几百米长的光纤上实现3℃的测温,温度的空间分辨率达到5m. 基于瑞利散射的分布式温度传感器系统结构比较简单,所需元器件少,但是温度的变化会引起光纤波导物理特性的变化,使瑞利散射光强随温度变化而波动,所以无法精确测量温度. 瑞利散射测温的局限 采用布里渊测温具有很大优势，但是这种方法对激光器的稳定性要求很高，而且布里渊散射对应力也十分敏感，这对单独测温系统是不利的。 布里渊散射 基于拉曼散射的分布式温度传感技术是分布式光纤传感技术中最为成熟的一项技术.对该技术开展研究工作的主要有英国南安普顿大学,中国的重庆大学,和中国计量学院.目前,该类传感器的一些产品已出现在国际,国内市场上,最为著名的是英国york公司的dts,它的空间分辨率和温度分辨率分别能达到2m,3℃,测量范围为4-8km.从理论上讲,喇曼系统的极限空间分辨率很高,约厘米量级,但高的输入功率的要求是其最大的弱点;对受激布里渊系统,使用毫瓦量级的输入功率实现很长跨度的分布测量并不是问题,关键是其极限空间分辨率有限.就实际应用来讲,喇曼系统已较成熟,且已有了性能指标都很优越的商品.而在这一方面受激布里渊系统还差一些. 拉曼散射 热辐射型光纤高温传感器 半导体吸收式温度传感器 光纤荧光温度传感器 光纤光栅温度传感器 二:几种光纤温度传感器 热辐射光纤高温传感器的原理是黑体辐射定律,物质受热时会发出一定的热辐射,辐射量的大小取决于该物质的温度和材料的辐射系数.当温度为230℃时,理想黑体开始出现暗红色辐射,亮度随着温度的增加而增强。由于物体的热辐射随温度的升高呈近指数型增长，辐射性光纤温度传感器在高温下具有很高的灵敏度。 热辐射性光纤温度传感器 蓝宝石光纤温度传感器是一种特殊的光纤高温传感器，它采用蓝宝石单晶光纤作为温度传感头，通过直接测量光纤黑体本身的热辐射来探测所处环境的温度。蓝宝石单晶由于具有极好的高温物理化学性能，熔点最高可达2045℃,是一种优良的红外耐高温光学材料,非常适用于高温下光纤测温应用,现在已在辐射性光纤温度传感器光纤传感头上得到应用。 热辐射型光纤温度传感器 这种传感器的基本原理是利用有些半导体物质如GaAs具有极陡的吸收光谱,波长与吸收端长的光可透过半导体,短的则被吸收.当温度升高时,本征吸收波长变大,透射率曲线向长波长方向移动,但形状不变;反之,当温度降低时,本征吸收波长变小,透射率曲线保持形状不变而向短波长方向移动.当光源的光谱辐射强度不变时,GaAs总透射率就随其温度发生变化,温度越高,总透射率越低.通过测量透过GaAs总透射率就随其温度发生变化,温度越高,总透射率越低.通过测量透过GaAs的光的强弱即可达到测温的目的.通过研磨抛光将GaAs加工成很薄的薄片,其入射光和出射光用光纤耦合,这就是半导体吸收式光纤温度传感器的基本原理. 这种传感器的测量距离远,而且探头的体积小,灵敏度高,工作可靠.测量范围在0-300℃内保证较高的测量精度. 半导体吸收式温度传感器 当物体受到光或放射线照射时,其原子便处于受激状态.当原子回复至初始状态是随机发出荧光,且荧光的强度和 辐射光的能量成正比,根据荧光的强度可以检测温度.而激励撤销后,荧光余晖的持续性取决于荧光物质特性,环境温度等因素,这种受激发荧光通常是按指数方式衰减的,我们称衰减的时间常数为荧光寿命或荧光余晖时间.我们发现,在不同的环境温度下,荧光余晖衰减也不同.因此也通过测量荧光余晖的寿命的长短,来检测当时的环境温度. 光纤荧光温度传感器 强度性荧光光线传感器会受光纤的微弯,耦合,散射等影响,很难达到高精度,而寿命型荧光传感器则可避免这些缺点,荧光寿命的测量是测温的关键.目前的研究主要围绕着荧光源的选择,如蓝宝石和红宝石发光,稀土发光以及半导体发光. 光纤荧光温度传感器 近年来光纤光栅成为发展最为迅速,最具代表性的光纤无源器件之一. FBG光栅传感器的传感原理是:如果用一宽光谱光源注入光纤,则每个FBG光栅都反射回一个中心波长为布拉格波长的窄带光波,其布拉格波长为 其中A是光栅周期,neff是纤芯的有效折射率. 温度的改变,将导致FBG波长的改变,这个改变可以从光栅的发射光谱中检测出来,由此可以测定温度. 与一般的光纤温度传感器相比,光纤光栅传感器尺寸下,检测量是波长信息,因此不受光源影响,