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        分布式光纖測溫系統(tǒng)一種新型光纖傳感方法，可用來對被監(jiān)測物的全線在線溫度進行監(jiān)測，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。具有實時在線，大范圍、長距離的溫度監(jiān)測，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，且精度及靈敏度高且耐高壓、壽命長，體積小、使得儀表維護簡易方便，運輸安全。

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光發(fā)生轉(zhuǎn)移，使探測光的受到增益，背向散射的探測光的時域分布反映出光纖各位置點所受布里淵增益的情況，測得光纖各點的布里淵頻移值，即可由測得光纖各點所受溫度值。

      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，由于電致伸縮效應(yīng)，產(chǎn)生聲波，聲波反過來調(diào)制光纖的折射率，相當于隨聲波移動的調(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)又可以看成是一個泵浦光子的湮滅，同時產(chǎn)生一個聲學(xué)聲子和斯托克斯光子的過程。

受激布里淵散射原理圖

二、基于光時域反射原理（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，散射光有三個波長，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，為信號光；stokes溫度不敏感，為參考光。從傳感光纖背向散射的信號光經(jīng)再次經(jīng)過分光模塊WF，隔離Rayleigh散射光，透過溫度敏感的anti-stokes信號光和溫度不敏感的stokes參考光，并且由同一探測器（APD）接收，根據(jù)兩者的光強比值可計算出溫度。而位置的確定是基于光時域反射OTDR技術(shù)，利用高速數(shù)據(jù)采集測量散射信號的回波時間即可確定散射信號所對應(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

　  當一個激光脈沖從光纖的一端射入光纖時，這個光脈沖會沿著光纖向前傳播。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都會產(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（亦可稱為后向）。這種后向反射光的強度與光線中的反射點的溫度有一定的相關(guān)關(guān)系。反射點的溫度（該點光纖所處的環(huán)境溫度）越高，反射光的強度也越大。利用這個現(xiàn)象，若能測出后向反射光的強度，就可以計算出反射點的溫度，這就是利用光纖測量溫度的基本原理。

　  如用公式來表達：當激光脈沖在光纖中傳播時與光纖分子相互作用，會發(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，那么將發(fā)出一個比光源波長長的光，稱為斯托克斯光；如果一部分熱振動轉(zhuǎn)換為光能，那么將發(fā)出一個比光源波長短的光，稱為反斯托克斯光。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之比來實現(xiàn)溫度的測量。