光纤温度传感器在温度测量系统中的应用

摘 要随着科学技术的快速发展，测温技术也得到了很大的进步，使用光纤式温度传感器进行温度测量就是一种新型的测温技术。由于光纤温度传感器是依靠光信号来进行信息传递的，所以有着显著的特点，具体为绝缘性好、耐高温以及比较强的抗电磁干扰的能力。在本文中，简单介绍了光纤温度传感器，并详细论述了它的具体工作原理，最后描述了在温度监测系统中光纤温度传感器的实际运用。

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光纤传感器有着很多的优点，主要是有着非常广泛的测量范围以及比较高的测量精度，它已经得到了非常广泛的运用。随着科学技术的快速发展，传感器技术已经向着具有更高的灵敏度和精确度的方向发展，并能够很好的适应全新的环境。其中光纤传感器是最为优秀的一种传感器，它的主要载体是光波，能够对自然界当中的各种物理量进行有效的测量。在构造上，光纤的成本比较低，有着比较轻的质量以及方便安装的特点；同时光纤传感器有着非常大的数据传输能力，光纤能够对被测点进行实时的测量，能够有效减少信息获取的成本。除此之外，光波信号有着比较强的抗干扰的能力，能够很好的适合高电压以及大电流的环境，对恶劣环境的适应能力较强。

1 光纤温度传感器的种类

根据其实际的工作原理，大体分为传输型和功能型两类。相比于传输型的传感器，功能型传感中存在的光纤是传感器以及光信号的重要载体。

1.1 分析分布式光纤温度传感器

在传送光信号的实际过程当中，激光的反射光能够分为三个主要的部分，具体为布里渊散射、拉曼散射以及瑞利散射。该传感器的基本原理是根据后向的瑞利散光分布式的温度监控系统，经过一定的分析转化，变为基于光频域以及光时域的温度测控系统。发展至今，分布式的光纤传感器能够有效测量30千米范围内的温度，能够将测量的精度控制在0.5摄氏度以内，同时，温度分辨率以及定位精度也控制在合理的范围内。通常来讲，分布式的光纤温度传感器在实现连续性的测量过程中，应该有效结合光时域射计技术以及散射效应。

1.2 分析光纤光栅点式温度传感器

一般情况下，光纤纤芯会在一定程度上形成空间相位光栅，光纤材料有着非常强的光敏性，所以，该传感器的基本原理就是利用光敏性的特点来有效测控实际的温度。光纤光栅所具有的编码也就是所谓的波长，所以，该传感器在石油、航天以及建筑领域当中都有着非常广泛的运用。该传感器还能够大体分为长周期的光纤光栅传感器以及Bragg光纤光栅温度传感器。

2 对光纤温度传感器的基本工作原理进行分析

通常来讲，光纤温度传感器依靠的是光时域的反射技术，该技术主要指的是当光纤中进入光脉冲信号之后，光纤当中因子的实际折射率不会发生均匀的交错，光会产生一定的碰撞并进行反射，之后连续产生背向散射光之后反射回入射端。在对测量的温度点进行实际的定位时，能够按照光纤当中存在的光波的实际传播速度以及背向光回波的时间间隔来有效实现。

同时，背向Raman散射的基本原理是脉冲激光器当中所发射出来的光脉冲向光纤当中进行冲入之后，光波会形成非弹性的碰撞，进而光波频率会发生一定的偏移，同时也会在一定程度上转移能量，之后产生Raman散热。而瑞利散射指的主要是光经过激光器进入光纤之后，光纤当中存在的离子以及激光脉冲会发生弹性的一些碰撞，在碰撞当中产生的一些光会被进行散射，散射的光所具有的频率和入射光是相同的，也就是瑞利后向的散射光。

3 温度监测系统当中光纤温度传感器的实际应用

3.1 能够对温度监测系统的信噪比进行有效提高

通过DTS能够监测出比较微弱的温度信号，若在干扰比较强烈的环境当中，会在很大程度上造成温度信号相关数据的严重丢失。因此，对比较微弱的温度信号进行的分析时，应该进行预处理。在进行实际的调解中，监测系统的信噪比应该严格符合测量精度上的相关要求，通过小波分解来采集相对比较微弱的信号，然后进行去噪方面的处理，进而对实际的信噪比进行有效的提高。在运用相关函数进行信号处理时，小波函数当中的相关函数在对信噪比进行处理时更加有效，能够对其实际的影响程度进行准确输出，能够对干燥声所造成的误差进行准确及时修正。此外，互相关函数还能够对处理信号的要求进行有效满足。

3.2 分析温度测量系统的结构以及解调原理

通常来讲，分布式传感器系统的基本原理是反射技术以及散射温度的效应。脉冲激光器在有脉冲光射出之后，应该通过定向的耦合器来输出光纤。光电检测器能够对光信号的空间温度进行有效的探测，还能够把光信号转化成电信号之后实现放大，这样会在电脑上呈现处理数据的整个过程。之后在有效结合小波函数来对信号进行去噪处理，按照调节的实际温度信号来得到温度的实际分布。

温度测量系统主要是利用散射比调节的相关方法来有效调解信号，得到需要进行测量的温度值。温度测量系统利用双通道测量的相关方法来得到相关的温度值，会得到精确度更加高的温度数据，同样还会在一定程度上有效提高温度测量系统的敏感性以及稳定性。

4 对系统的最终测试结果进行分析

测试上面的系统，将适当位置的光纤放在五十摄氏度的恒温中实施试验，把普通的酒精温度计放置在同样的环境当中。在实际的试验中，当温度计的显示温度在49到50摄氏度时，相关的监测系统所显示出的温度为50摄氏度。在温度的试验区当中，温度发生比较明显的变化时，监测系统最终的结果与温度计的结果是相符的。

5 结束语

综上所述，分布式光纤的运用还应该深入研究，特别是在温度测量技术当中的运用，还应该通过大量的试验来进行测试。光纤本身具有很多的优点，具体有：比较宽的频带、相对比较低的损耗以及良好的传光性。相比于比较传统的传感器，光纤传感器有着很强的灵敏性。现阶段，分布式的光纤技术已经非常成熟，应该进一步研究其具体的实际应用。

参考文献

[1]王玲.光纤温度传感器在温度测量系统中的应用[J].价值工程，2011，29：154.

[2]于紧昌，胡传龙.分布式光纤温度传感器在稠油开采中的应用[J].传感器与微系统，2015，03：158-160.

作者简介

张靖辉（1983-），男，河南省灵宝市人。大学本科学历。现为郑州市电子信息工程学校教师。研究方向为 电工电子、机电。

作者单位

郑州市电子信息工程学校 河南省郑州市 450007