对于光纤温度传感器来说,目前普遍应用的有光纤光栅传感器和分布式光纤温度传感器两种,其各自基本情况如下。
1、光纤光栅传感器
光纤光栅是利用光纤的光敏特性制成的。光敏性指强激光通过掺杂光纤时外界入射光子和纤芯内的锗离子相互作用引起折射率的 性的变化。光纤的折射率随光纤空间的分布发生相应的变化,变化大小与写入光强的平方呈正比的关系。
目前比较热门的研究方向大致可分为三方面: 先对传感器本身的研究,除了能进行横向应变感测的传感器是一个重要内容外,和高分辨率并且同时感测应变和温度变化的传感器也是研究热点。其次,是对光栅反射信号和透射信号分析和测试系统的研究,目标是低成本、小型化、且灵敏的解调探测技术。 后,是光栅传感器的实际应用的研究,包括FBGCFiberBraggGrating)的制作技术以及制作完成后的封装的技术、温度补偿的技术、传感器络技术和研究在材料与结构中埋入FBG传感器的可行性。
2、分布式光纤温度传感器
分布式温度传感器,顾名思义,即是可以把某条线路上的各个离散点的温度信息连并距离信息一同采集回来,构成一个具有空间,时间和温度的集合体。分布式光纤温度传感器则是以光纤为载体,将光纤布置在需要测量的空间中,以光纤为传感器,既能测量温度,也能测量距离,达到简单, 的测量效果。
1981年,英国的南安普敦大学提出了分布光纤可以来进行温度测量,这是 早的温度传感系统。次年,Hartog,Pague又提出了瑞利后向散射系数随温度变化的理论,并研制出了利用液芯光纤分布式温度传感器。又过一年,Theocharous又提出了利用光纤光损耗原理的而制作出的微弯损耗温度传感器,但效果不好。同年,英国的Pessy雷达研究中心的J.P.Dakin博士提出利用后向拉曼散射信号温敏的原理来实现分布式温度传感的思想。随后在原理性实验取得成功之后,进一步体积庞大的气体激光器和光电倍增管由使用固体光电器件和半导体激光器取代,从而证明了实用化仪器的可行性。与此同时,长达1000m的光纤分布测温实验在英国的Southampton大学也进行了,其测温范围以及空间分辨率都了提高。从此,光纤测温传感器已经被逐渐认识并重视起来。用氖离子激光器作为光源进行分布光纤温度传感器测温的实验由英国Dakin于1985年试验成功,并将其应用到了光纤测温传感器的实验装置中。之后人们继续研究新型的光纤传感器测温。1990年,DFS-1000分布式光纤温度传感器系统由日本腾仓公司研制成功。1996将测温光纤的空间分辨率提高到了0.5m。1998年, 航空航天局研究出了基于后向散射斯托克斯光和反斯托克斯光比值频移标识的技术,在此技术基础上,2000年,开始将该技术转化为产品,并在输送管线测温、油田的井下测温和化学工厂的反应管线与反应罐中获得了良好应用。
我国研究光纤测温开始较晚,从80年代后期才开始出现,目前水平较世界水平也有差异,基本为测量距离4km,空间分辨率达到4m,测温误差在±2℃。综上所述分布式光纤温度传感系统的技术及其应用在国内有待进一步拓展。
基于本课题的特点及需求,将主要研究分布式光纤温度传感。