分布式光纤测温系统的研制及其应用(2)

（）０１２，３３１　２

水电厂自动化

ＰＳ（Ｌ）＝

（Ｅ０ｅｘＬ）αα－（ｐＳ０＋Ｓ）

１－ｅｘｐ

ｋＴ

）（５

）

ｅｘｐ

２　分布式光纤测温系统的组成

分布式光纤测温系统的组成如图２所示。分布

式光纤测温系统由测温主机、感温光纤和温度解调测温主机是本系统中的核心设备。测温软件组成，

主机的主要器件有脉冲半导体激光器模块、拉曼含高压驱动）模块、信号放大１×３ＷＤＭ组件、ＡＰＤ（调理模块、数据采集和处理模块和恒温控制模块等

。

ＰＡＳ（Ｌ）＝ｅｘＡＳＥ０ｐ

１－ｅｘｐ

ｋＴ

（））－（αα０＋ＡＳＬ

）

（）６

））与式（相除可得：５６　　将（

ＰＡＳ（Ｌ）ＡＳ（（ｅｘｘＬ）αα＝ｐｐＳ－ＡＳ）

ｋＴΓＰＳＬＳ

（）７

）可知：７Ｌ处Ｓｔｏｋｅｓ拉曼散射光和Ａｎｔｉ　　由式（－

Ｓｔｏｋｅｓ拉曼散射光的光功率比只与外界环境的温度有关。取一段光纤Ｌ作为定标光纤，放置在恒温′

）此时式（为：Ｔ０下，７

图２　分布式光纤测温系统的组成

ＰＡＳ（Ｌ′）ＡＳ（（）ｅｘｘ′）＝ααｐｐＳ－ＡＳＬｋＴ０ΓＰＳＬ′Ｓ

（）８

）、）式（相比，得：７８　　将式（

ＰＡＳ（Ｌ）ｅｘｐＳ（（（）ｘＬ－Ｌ′）αα＝ｐＳ－ＡＳ）

ＡＳｅｘｐ

ｋＴ０ＰＳ（Ｌ′）

（）９

　　解调可得温度Ｔ为：

）

脉冲半导体激光器发出中心波长为的激光，注

在光纤中发生背向拉曼散射。背向入到多模光纤，

得到拉曼散射光经拉曼ＷＤＭ组件进行滤波后，分ＡｎｔｉＳｔｏｋｅｓ拉曼散射光和Ｓｔｏｋｅｓ拉曼散射光，－

电压别由ＡＰＤ雪崩光电二极管转换成电压信号，

信号经过放大后由高速模数转换器对其进行采样，得到ＡｎｔｉＳｔｏｋｅｓ拉曼散射光和Ｓｔｏｋｅｓ拉曼散射光－

的强度数据信息传递给现场可编程门阵列（ＦＰＧＡ）进行处理，然后由温度解调软件进一步解调出整段光纤的温度信息。

Ｔ＝

·

→

ＰＡＳ（Ｌ）ＰＳ（Ｌ′）

ｈＴ０ｌｎΔν－ｋ－

ＰＡＳＬ′ＰＳＬＴ０

（）１０←

（）（Ｌ－Ｌ′）ααＳ－ＡＳ

［

３　分布式光纤测温系统的特点

与传统的温度监测技术相比，分布式光纤测温

系统具有一系列独特的优点，具体如下。

）以光信号作为载体，光纤为媒质，光纤的纤芯１

材料为二氧化硅，因此，该系统具有耐腐蚀、抗电磁干扰、防雷击等特点，属本质安全。

）光纤本身轻细纤柔，光纤的体积小、重量轻，２

不仅便于布设安装，而且对埋设部位的材料性能和力学参数影响甚小，能实现无损埋设。

）灵敏度高，可靠性好，使用寿命长。３）可以准确地测出光纤沿线任一点的温度量，４

信息量大，成果直观。

］

——光时域反射（技术１．２　定位原理—ＯＴＤＲ）

ＯＴＤＲ技术主要用于检验光纤损耗特性及光纤故障，同时也是分布式光纤测温系统距离定位的基础。

自大功率脉冲光注入传感光纤后，假设光纤某

，一点背向拉曼散射光返回输入端的时间为ｔ则此点距入射端的距离为：

（）１１

２ｎ

式中：ｎ为光纤的有限折射率；Ｃ为光速。

）由式（即可对传感光纤上每一温度点进行定１１

位。定位精度为：

Ｌ＝

Ｌ＝Δ

２ｎ

式中：τ为脉冲激光器的脉冲宽度。（）１２

４　试验数据及分析

利用分布式光纤测温系统进行温度测量，其关

键在于信号处理。分布光纤测温系统的信号处理采用软硬件结合的方法。利用高速模数转换实现数字采样，ＦＰＧＡ多次累加处理采样的ＡｎｔｉＳｔｏｋｅｓ拉－

［］

曼散射和Ｓｔｏｋｅｓ拉曼散射信号数据４。由温度解