电子元器件・Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ 光纤温度传感器在温度测量系统中的应用 文／张靖辉谭文秀 １．２分析光纤光栅点式温度传感器 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 一３．２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 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 理是反射技术以及散射温度的效应。脉冲激光 敏性，所以，该传感器的基本原理就是利用光 器在有脉冲光射出之后，应该通过定向的耦合 敏性的特点来有效测控实际的温度。光纤光栅 器来输出光纤。光电检测器能够对光信号的空 所具有的编码也就是所谓的波长，所以，该传 间温度进行有效的探测，还能够把光信号转化 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 感器在石油、航天以及建筑领域当中都有着非 的能力。在本文中，简单介绍了 常广泛的运用。该传感器还能够大体分为长周 光纤温度传感器，并详细论述了 期的光纤光栅传感器以及Ｂｒａｇｇ光纤光栅温度 它的具体工作原理，最后描述了 传感器。 在温度监测系统中光纤温度传感 器的实际运用。 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 【关键词】光纤温度传感器温度测量系统分 时域的反射技术，该技术主要指的是当光纤中 类工作原理应用 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 光纤传感器有着很多的优点，主要是有着 反射回入射端。在对测量的温度点进行实际的 非常广泛的测量范围以及比较高的测量精度， 定位时，能够按照光纤当中存在的光波的实际 它已经得到了非常广泛的运用。随着科学技术 传播速度以及背向光回波的时间间隔来有效实 的快速发展，传感器技术已经向着具有更高的 现。 灵敏度和精确度的方向发展，并能够很好的适 同时，背向Ｒａｍａｎ散射的基本原理是脉 应全新的环境。其中光纤传感器是最为优秀的 冲激光器当中所发射出来的光脉冲向光纤当中 一种传感器，它的主要载体是光波，能够对自 进行冲入之后，光波会形成非弹性的碰撞，进 然界当中的各种物理量进行有效的测量。在构 而光波频率会发生一定的偏移，同时也会在一 造上，光纤的成本比较低，有着比较轻的质量 定程度上转移能量，之后产生Ｒａｍａｎ散热。 以及方便安装的特点；同时光纤传感器有着非 而瑞利散射指的主要是光经过激光器进入光纤 常大的数据传输能力，光纤能够对被测点进行 之后，光纤当中存在的离子以及激光脉冲会发 实时的测量，能够有效减少信息获取的成本。 生弹性的一些碰撞，在碰撞当中产生的一些光 除此之外，光波信号有着比较强的抗干扰的能 会被进行散射，散射的光所具有的频率和入射 力，能够很好的适合高电压以及大电流的环境， 光是相同的，也就是瑞利后向的散射光。 对恶劣环境的适应能力较强。 ３温度监测系统当中光纤温度传感器的 １光纤温度传感器的种类 实际应用 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 ３．１能够对温度监测系统的信噪比进行有效提 高 能型传感中存在的光纤是传感器以及光信号的 重要载体。 通过ＤＴＳ能够监测出比较微弱的温度信 １．１分析分布式光纤温度传感器 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 在传送光信号的实际过程当中，激光的 此，对比较微弱的温度信号进行的分析时，应 反射光能够分为三个主要的部分，具体为布里 该进行预处理。在进行实际的调解中，监测系 渊散射、拉曼散射以及瑞利散射。该传感器的 统的信噪比应该严格符合测量精度上的相关要 基本原理是根据后向的瑞利散光分布式的温度 求，通过小波分解来采集相对比较微弱的信号， 监控系统，经过一定的分析转化，变为基于光 然后进行去噪方面的处理，进而对实际的信噪 频域以及光时域的温度测控系统。发展至今， 比进行有效的提高。在运用相关函数进行信号 分布式的光纤传感器能够有效测量３Ｏ千米范 处理时，小波函数当中的相关函数在对信噪比 围内的温度，能够将测量的精度控制在Ｏ．５摄 进行处理时更加有效，能够对其实际的影响程 氏度以内，同时，温度分辨率以及定位精度也 度进行准确输出，能够对干燥声所造成的误差 控制在合理的范围内。通常来讲，分布式的光 进行准确及时修正。此外，互相关函数还能够 纤温度传感器在实现连续性的测量过程中，应 对处理信号的要求进行有效满足。 该有效结合光时域射计技术以及散射效应。 ２５２・电子技术与软件工程Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 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５Ｏ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，２０１１，２９：１ ５４． 【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，２０１ ５，０３：１ ５ｇ－１６０． 作者简介 张靖辉（Ｉ９８３－），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
