光纤传感器告.doc

“光纤传感器原理及应用”课程报告 分布式光纤温度测量 姓名： 班级： 学号： 2015年6月15日 摘要 温度是度量物体冷热程度的物理量，许多物理现象和化学过程都是在一定温度下进行，人们的日常生活也和温度密切相关。随着科学技术的迅猛发展，对温度的测量也提出了更多更高的要求。以电信号为工作基础的传统的温度传感器，如热电偶、热敏电阻、热释电探测器等温度传感器的发展已经非常成熟，但在有强电磁干扰或易燃易爆的场合下，基于电信号测量的传统温度传感器便受到很大的限制。光纤温度传感与测量技术是仪器仪表领域重要的发展方向之一。由于光纤具有体积小、重量轻、可挠、电绝缘性好、柔性弯曲、耐腐蚀、测量范围大、灵敏度高等特点，对传统的传感器特别是温度传感器能起到扩展提高的作用，完成前者很难完成甚至不能完成的任务。光纤传感技术用于温度测量，除了具有以上特点外，与传统的温度测量仪器相比，还具有响应快、频带宽、防爆、防燃、抗电磁干扰等特点。 关键词 温度 传感器 光纤温度传感器  绪论 在科研和工程技术中，有许多场合需要确定温度的分布,?例如长距离输油管道、通信电缆或电力电缆等管道的沿线温度场分布，大型电力变压器内部的温度场分布等。传统的电温度传感器不能工作在强电磁环境中，也不宜在易燃、易爆环境或腐蚀性环境中工作，对于采用点式温度传感器实现温度的分布测量还存在难于安装、难于布线、难于维护的问题。分布式光纤温度传感器可实现沿光纤连续分布的温度场的分布式测量，测试用光纤的跨距可达几十千米，空间分辨率高、误差小，与单点、多点准分布测量相比具有较高的性格比。 1.1背景意义 分布式光纤温度传感器与传统的温度传感器相比具有以下优点：集传感与传输于一体，可实现远距离测量与监控，一次测定就可以获取整个光纤区域的一维分布图，能在一条长达数千米的传感器光纤环路上获得几十、几百甚至几千条信息，因此单位信息成本大大降低，测量范围宽，具有高空间分辨率和高精度。在具有强电磁干扰或易燃易爆以及其它传感器无法接近的环境下，分布式光纤温度传感器具有无可比拟的优点。为了实现在整个连续光纤的长度上实时传感出温度随光纤长度方向的变化信息，尤其对大范围的温度分布，分布式光纤温度传感器逐渐成为研究的热点。分布式光纤传感器从最初提出的基于OTDR的瑞利散射系统开始，经历了基于OTDR的喇曼散射系统和基于OTDR的布里渊散射系统，使得测温精度和范围大幅提高。光频域反射技术（OFDR）的提出也很早，但近几年，伴随着喇曼散射和布里渊散射以及强散射的研究的深入，使得基于OTDR和OFDR的分布式光纤温度传感器显示出很大的优越性，但它们离工业实用化还有很长的一段距离。基于OTDR和OFDR的分布式温度光纤传感器仍将是研究的热点，尤其是基于OFDR的新型分布式光纤传感器将是一个重要的发展方向。伴随着分布式光纤温度传感器的发展，温度测试范围和精度不断提高，对信号处理算法和技术提出了更高的要求。 1.2?分布式光纤温度传感器的发展现状 光纤自20世纪60年代问世以来，就已应用于传递图像和检测技术等各种领域。随着光通讯的应用，光纤工艺和技术得到了迅速的发展。光纤传感技术是伴随着光导纤维及光通讯技术的发展而逐步形成的。在光通讯系统中，光纤用作远距离传输光波信号的媒质，但是，在实际光传输过程中，光纤易受外界环境因素的影响，如温度、压力、电场、磁场等变化将引起光波量（如光强度、相位、频率、偏振等）的变化。人们逐渐认识到光纤的许多性质可以用于探测各种物理量，因而光纤传感技术引起了人们的重视，成为一个很有生命力的研究和应用领域。?光纤技术主要应用于以下几个方面：? (1)光的传递。用光纤传输光波的能量。? (2)视觉信息的传输。用相关光束传递图像。? (3)光纤通讯。用光纤作通讯介质来传输载波调制的光强信号。? (4)光纤传感。光纤不仅作为光波的传播媒质，而且可用来感测表征光波特征的参量在传播中随外界因素的变化。? (5)光纤的非线性特性。在较强的输入光功率作用下，光纤会产生非线性效应，发生光增益、频率转换及其它作用。? 光纤具有良好的传光性能，对光波的损耗低，光纤传输光信号的频带宽，而且光纤本身就是一个敏感元件。自20世纪80年代以来，光纤传感技术在发达国家得到迅速的发展，各种光纤传感器以其独特的技术优势广泛应用于工业、国防、航空航天、交通运输和日常生活等各个领域。在我国，对光纤传感技术的研究也受到重视，从上世纪70年代末就开始了这方面的研究工作。目前，国内许多高等学校、科研机构和企业部门开展了光纤传感技术的研究工作，光纤传感技术已列入国家重点研究项目。? 分布式光纤温度传感技术以其对沿光纤分布的温度场可连续实时测量的特点而成为光纤传感技术中较为引人瞩目的一项