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        分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)一種新型光纖傳感方法，可用來(lái)對(duì)被監(jiān)測(cè)物的全線在線溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一般由解調(diào)儀和傳感光纖（光纜；敏感元件）兩部分組成。其工作原理是依據(jù)后向散射原理可以分為三種：基于瑞利散射、基于拉曼散射和基于布里淵散射。具有實(shí)時(shí)在線，大范圍、長(zhǎng)距離的溫度監(jiān)測(cè)，本質(zhì)絕緣、防爆、防雷、防腐蝕、抗電磁干擾等傳統(tǒng)溫度傳感器不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，且精度及靈敏度高且耐高壓、壽命長(zhǎng)，體積小、使得儀表維護(hù)簡(jiǎn)易方便，運(yùn)輸安全。

工作原理：

一、基于布里淵散射效應(yīng)（BOTDA)原理

      解調(diào)儀發(fā)出泵浦光和探測(cè)光（斯托克斯光）兩路光，分別從光纖的兩端注入傳感光纖中。當(dāng)兩路光的頻率差落在布里淵光譜內(nèi)，光纖中產(chǎn)生受激布里淵效應(yīng)，能量從泵浦光向探測(cè)光發(fā)生轉(zhuǎn)移，使探測(cè)光的受到增益，背向散射的探測(cè)光的時(shí)域分布反映出光纖各位置點(diǎn)所受布里淵增益的情況，測(cè)得光纖各點(diǎn)的布里淵頻移值，即可由測(cè)得光纖各點(diǎn)所受溫度值。

      基于受激布里淵散射效應(yīng)，受激布里淵散射可以經(jīng)典描述為斯托克斯光、泵浦光、聲波的非線性相互作用，泵浦光在光纖中傳輸時(shí)，由于電致伸縮效應(yīng)，產(chǎn)生聲波，聲波反過(guò)來(lái)調(diào)制光纖的折射率，相當(dāng)于隨聲波移動(dòng)的調(diào)制光柵，在光柵的調(diào)制作用下，泵浦光由于多普勒效應(yīng)，頻率下移生成斯托克斯光。在量子力學(xué)中，受激布里淵散射效應(yīng)又可以看成是一個(gè)泵浦光子的湮滅，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)聲學(xué)聲子和斯托克斯光子的過(guò)程。

受激布里淵散射原理圖

二、基于光時(shí)域反射原理（OTDR）

      大功率窄脈寬激光脈沖LD入射到傳感光纖后，激光與光纖分子相互作用（由于光纖中存在折射率的微觀不均勻性），產(chǎn)生極其微弱的背向散射光，散射光有三個(gè)波長(zhǎng)，分別是Rayleigh（瑞利）、anti-stokes（反斯托克斯）和stokes（斯托克斯）光；其中anti-stokes溫度敏感，為信號(hào)光；stokes溫度不敏感，為參考光。從傳感光纖背向散射的信號(hào)光經(jīng)再次經(jīng)過(guò)分光模塊WF，隔離Rayleigh散射光，透過(guò)溫度敏感的anti-stokes信號(hào)光和溫度不敏感的stokes參考光，并且由同一探測(cè)器（APD）接收，根據(jù)兩者的光強(qiáng)比值可計(jì)算出溫度。而位置的確定是基于光時(shí)域反射OTDR技術(shù)，利用高速數(shù)據(jù)采集測(cè)量散射信號(hào)的回波時(shí)間即可確定散射信號(hào)所對(duì)應(yīng)的光纖位置。

光纖中光波散射示意圖

三、基于后向拉曼散射溫度效應(yīng)原理

　  當(dāng)一個(gè)激光脈沖從光纖的一端射入光纖時(shí)，這個(gè)光脈沖會(huì)沿著光纖向前傳播。由于光脈沖與光纖內(nèi)部分子發(fā)生彈性碰撞和非彈性碰撞，故光脈沖在傳播中的每一點(diǎn)都會(huì)產(chǎn)生反射，反射中有一小部分的反射光，其方向正好與入射光的方向相反（亦可稱(chēng)為后向）。這種后向反射光的強(qiáng)度與光線中的反射點(diǎn)的溫度有一定的相關(guān)關(guān)系。反射點(diǎn)的溫度（該點(diǎn)光纖所處的環(huán)境溫度）越高，反射光的強(qiáng)度也越大。利用這個(gè)現(xiàn)象，若能測(cè)出后向反射光的強(qiáng)度，就可以計(jì)算出反射點(diǎn)的溫度，這就是利用光纖測(cè)量溫度的基本原理。

　  如用公式來(lái)表達(dá)：當(dāng)激光脈沖在光纖中傳播時(shí)與光纖分子相互作用，會(huì)發(fā)生瑞利散射、布里淵散射、拉曼散射，其中拉曼散射是由于光纖分子的熱振動(dòng)和光子相互作用發(fā)生能量交換而產(chǎn)生的。如果一部分光能轉(zhuǎn)換成熱振動(dòng)，那么將發(fā)出一個(gè)比光源波長(zhǎng)長(zhǎng)的光，稱(chēng)為斯托克斯光；如果一部分熱振動(dòng)轉(zhuǎn)換為光能，那么將發(fā)出一個(gè)比光源波長(zhǎng)短的光，稱(chēng)為反斯托克斯光。根據(jù)拉曼散射理論，在自發(fā)拉曼散射條件下，兩束反射光的光強(qiáng)與溫度有關(guān)。因此，我們可以借助反斯托克斯與斯托克斯光強(qiáng)之比來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。