光纤温度传感器在温度测量系统中的应用
光纤温度传感器工作原理及实际应用分析
光纤温度传感器工作原理及实际应用分析摘要：文章在分析DTS分布式光纤传感器系统的逻辑组成和工作原理后，详细介绍了基于分布式光纤温度传感器和光纤光栅温度传感器测温系统对在电力系统各重要电气设备进行温度安全监测中的应用。
关键词：光纤温度传感器；DTS；电力温度监测温度是工程应用领域中重要的检测和监控对象，对于一个内部结构复杂、涉及点面较多的复杂系统而言，要获得一个准确且具有一定监测对象范围跨度的实时温度信息（或监测对象分布的应用应变特性），采用常规的单点移动式或由多个独立单点相互结合组成的准分布式温度传感器侧空虚体统，不仅会由于数据采集的延时性降低温度测量数据的准确度，同时还会由于复杂的接线使整个系统布线变得非常困难，这时选用分布式光纤温度传感系统（Distributed Temperature Sensing，DTS）就是一种非常有效的方法，非常适合冶金、化工、电力等恶劣环境场合中的实时温度测量和监控，具有相当大的研究意义。
1DTS分布式光纤传感器系统DTS 分布式光纤传感器系统是一款结构较为复杂的工业应用领域温度在线检测和控制产品，其非常适用于环境较为恶劣、干扰对象较多、监测范围跨度较大的重要工农业应用产生中的温度实时准确检测和控制。
1.1DTS系统组成DTS分布式光纤传感器系统主要包括传感光纤、光路模块、电路模块、高级应用软件、以及一些辅助的外围集成电路设备，其逻辑组成结构如图1所示。
从图1可知，DTS系统在运行时，首先由电路模块中得控制及信号处理电路将对应的控制信号通过驱动电路驱动半导体激光器发生对应的高速脉冲信号，然后经过光路模块中得激光脉冲耦合形成对应的光纤信号，并经分光光路转换后进入到传感光纤中，再经探测器、探测电路、高速采集电路等将光纤传感器中的温度信号返回到系统的控制及信息处理电路中，完成对监测对象温度信号的采集。
通过半导体激光器产生的激光脉冲在进入到传感光纤后，就会通过分光耦合特性发生背向散射光，其所产生散射光主要有三个波长的背向散射光，分别为Anti-Stokes（反斯托克斯）光、Rayleigh（瑞利）光、以及Stokes（斯托克斯）光。
各类光纤传感器在测量方面的应用
3.3光纤液位传感器
基于全内反射原理，可以设计成光纤液位传感器。 光纤液位传感器由以下三部分组成： 接触液体后光反射量的检测器件即光敏感元件; 传输光信号的双芯光纤; 发光、受光和信号处理的接收装置。 这种传感器的敏感元件和传输信号的光纤均由玻 璃纤维构成，故有绝缘性能好和抗电磁噪声等优 点。
单光纤液位传感器结构 1 光纤；2 耦合器
2、光纤传感器组 成与类型
光纤传感器一般是由光源、接口、光导纤维、光调制机构、光电 探测器和信号处理系统等部分组成。来自光源的光线，通过接口 进入光纤，然后将检测的参数调制成幅度、相位、色彩或偏振信 息，最后利用微处理器进行信息处理。概括光纤传感器一般由三 部分组成，除光纤之外，还必须有光源和光探测器两个重要部件， 见图1所示。
3.2具有双金属片的光纤温度传感器
双金属片：由两种不同热膨胀系数的金属片粘合在一起组成。
l
x=
Kl 2 D T h
x
△T:温度变化 l：双金属片长度 K：常数
其他的温度测量传感器
光纤束 率光 透 射 0
遮光板 双金属片
温度
50
光纤束
光纤温度开关
水银柱式光纤温度开关 1 自聚焦透镜；2 光纤；3 水银
光纤传感器一般分为两大类：一类是传光型，也称非功能型 光纤传感器;另一类是传感型，或称为功能型光纤传感器。前 者多数使用多模光纤，以传输更多的光量;而传感型光纤传感 器，是利用被测对象调制或改变光纤的特性，所以只能用单 模光纤。
3、测量用的光纤传感技术
3.1光纤温度传感器-传光型光纤温度传感器
01
光纤传感器与测量技术是仪器仪表领域新的发展方向 由于光纤传感器及技术具有较其它传感器无法比拟的特点，所以近几年来，光纤传感器与测 量技术发展成为仪器仪表领域新的发展方向，而新型光纤传感器不外乎有以下特点： 光纤传感器具有优良的传光性能，传光损耗很小，目前损耗能达到≤0.2dB/km的水平。 光纤传感器频带宽，可进行超高速测量，灵敏度和线性度好。 光纤传感器体积很小，重量轻，能在恶劣环境下进行非接触式、非破坏性以及远距离测量。 还具有灵敏度高、可靠性好、原材料硅资源韦富、抗电磁干扰，抗腐蚀、耐高压、电绝缘性 能好、可绕曲、防爆、频带宽、损耗低等特点。同时，它还便于与计算机相连，实现智能化 和远距离监控。对传统的传感器起到扩展提高的作用，不少情况下能够完成前者很难完成甚 至不能完成的仟务。
基于光纤传感技术的高温测量研究
基于光纤传感技术的高温测量研究一、引言在现代工业生产过程中，高温测量是非常重要的一个问题。
而且，对于一些特殊的工艺，高温测量更是不可或缺的。
传统温度传感器因其自身的局限性，很难满足高温测量的需求，而光纤传感技术以其高精度、高灵敏度、无电磁干扰等特点，成为高温测量领域的一个重要研究方向。
本文旨在归纳总结基于光纤传感技术的高温测量研究现状，以及未来的研究方向。
二、基于光纤传感技术的高温测量原理光纤传感技术是一种基于光学的传感技术，它利用光纤作为信号传输通道，将物理量的变化转换为光学信号的变化，并通过光电探测器将其转换为电信号。
对于高温测量来说，光纤的热膨胀系数和光学特性的改变会导致信号的偏移或损失，因此需要对光纤传感技术进行优化处理，以满足高温测量的需求。
1. 光纤温度传感器光纤温度传感器主要是基于光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating，FBG）的原理，利用光波在光纤中的传输过程中产生的布拉格反射，实现对温度的测量。
当光栅结构发生形变或温度变化时，布拉格反射峰的中心波长也会随之偏移。
因此，可以通过监测布拉格反射峰的中心波长变化来实现对温度的测量。
光纤温度传感器具有测量范围广、耐高温、抗干扰等优点，尤其是在高温测量领域中，光纤温度传感器更是具有独特的优势。
2. 光纤辐射测温光纤辐射测温是一种用于测量高温物体辐射温度的技术，它主要是基于黑体辐射理论和光纤及探测器的光学特性所设计的。
当高温物体发射辐射能量时，辐射能量的强度与温度呈正比。
通过将光纤发送端发出的光线照射到被测物体上，并将反射回来的光线传入探测器中，利用探测器对光线的接收能力，再结合被测物体的表面特性，可以测得被测物体的表面温度。
光纤辐射测温技术具有响应速度快、精度高、可靠性强等优点，在高温测量领域也有着广泛的应用前景。
三、基于光纤传感技术的高温测量应用1. 钢铁冶炼领域在钢铁冶炼过程中，需要对高温炉内实时温度进行监测，以确保生产的质量和效率。
光纤温度传感器在温度测量系统中的应用_王玲
价值工程1光纤温度传感器简介与工作原理1.1光纤温度传感器的种类按照不同的工作原理，可以将光纤温度传感器分功能型和传输型两类。
与传输型传感器不同，功能型传感器中的光纤不仅是传感器，还是光信号的载体。
下面我们介绍两种比较常用的光纤温度传感器：1.1.1分布式光纤温度传感器在光纤传送的过程中，激光的反射光包括三部分，即瑞利散射、拉曼散射以及布里渊散射。
分布式光纤温度传感器开始是基于后向瑞利散射的液芯光纤分布式温度监控系统，后来发展为基于光时域和光频域拉曼散射的光纤温度测控系统。
至现阶段，分布式光纤温度传感器可以实现长达30km的温度测量，测量精度可以控制在0.5℃范围绕内，而空间定位精度可控制在0.25m以内，温度分辩率高达约0.01℃。
现在分布式光纤温度传感器进行连续分布式测量时，主要仍是基于拉曼散射效应与光时域射计技术相结合来实现的；而现在光纤温度传感器的研究热点则是基于布里渊散射光时域和光频域系统。
1.1.2光纤光栅点式温度传感器光纤纤芯会形成空间相位光栅，而光纤材料自身又具有光敏性，因此光纤光栅温度传感器就利用光纤材料的这一特性实现温度的测控。
光纤光栅的编码即为其波长，因此光纤光栅温度传感器在建筑、电力、石油甚至航天领域均得到广泛的应用。
光纤光栅温度传感器又分为Bragg光纤光栅温度传感器以及长周期光纤光栅传感器。
其中Bragg光纤光栅指的是单模掺锗光纤经过紫外光照射成栅技术所形成的全新的光纤型Bragg 光栅，其成栅后光纤的纤芯折射率呈现出周期性的分布条纹，同时产生Bragg光栅效应。
它的基本光学特性是窄带光学滤波器，其以共振波长为中心，并满足下述光学方程式：λb=2nΛ上式中：λb：Bragg波长；Λ：光栅周期；n：光纤模式下有效拆射率。
此外还有长周期光纤光栅，相对而言该光纤光栅比较特殊，它把前向传输的基模耦合到同是前向传输的包层模中。
其背景发射很低，而且宽带滤波，属于新型的宽带带阻滤波器。
光纤温度传感器在电力系统中的应用
光纤温度传感器在电力系统中的应用电力系统是一个复杂的工程系统，需要对其进行实时监测和管理，以确保其安全稳定运行。
而温度是电力系统中一个重要的参数，对其进行准确的测量和监测可以有效地预防和避免电力系统中的故障和事故。
而光纤温度传感器作为一种高精度的温度测量设备，已被广泛应用于电力系统中。
光纤温度传感器是一种基于光纤传感技术的温度测量设备。
它通过光纤的材料特性和温度的热学特性来实现温度的测量。
光纤温度传感器的原理是利用光纤的材料特性，将光波从光纤中传输，当光纤受到温度变化时，光波的传输速度也会发生变化，通过测量光波传输的速度变化，即可计算出温度的变化。
光纤温度传感器在电力系统中的应用主要有以下几个方面：1.变电站温度监测变电站是电力系统中最重要的环节之一，其中的各种设备需要在严格的温度范围内工作。
如果温度过高或过低，将会影响设备的正常工作，甚至导致设备的故障和事故。
因此，在变电站中安装光纤温度传感器可以实时监测各种设备的温度变化，及时发现并处理温度异常情况，保证设备的正常运行。
2.发电机温度监测发电机是电力系统中最重要的设备之一，其工作稳定性和安全性对系统的运行起着至关重要的作用。
而发电机的温度变化会直接影响到其工作稳定性和安全性。
因此，在发电机中安装光纤温度传感器可以实时监测发电机的温度变化，及时发现并处理温度异常情况，保证发电机的正常运行。
3.电缆温度监测电缆是电力系统中贯穿各个环节的重要组成部分，起着输送电能的重要作用。
而电缆在工作过程中会受到温度的影响，如果温度过高或过低，将会影响电缆的正常运行。
因此，在电缆中安装光纤温度传感器可以实时监测电缆的温度变化，及时发现并处理温度异常情况，保证电缆的正常运行。
4.输电线路温度监测输电线路是电力系统中输送电能的重要组成部分，其工作稳定性和安全性对系统的运行起着至关重要的作用。
而输电线路在工作过程中会受到温度的影响，如果温度过高或过低，将会影响输电线路的正常运行。
光纤测温系统方案
光纤测温系统方案光纤测温系统是一种利用光纤传感技术进行温度测量与监控的先进技术手段。
该系统通过将光纤作为传感器，利用光纤的光学特性来实现温度的测量与监控，具有高精度、远距离传输和多点监测等优点，广泛应用于各个领域。
一、系统原理光纤测温系统主要由三部分组成：光源单元、光纤传感单元和信号处理单元。
其中，光源单元主要用于提供激光光源，光纤传感单元负责将光信号传播到被测温区域并反射回来，信号处理单元则用于对反射光信号进行处理和测量。
系统的原理基于光纤的光学特性，即光纤在温度变化下会发生微弱的相位偏移和光强变化。
通过测量这些变化，可以准确计算出被测区域的温度。
具体而言，光源单元通过调制光源的频率和波长，将光信号发送到待测温区域的光纤中。
被测温区域的温度变化会导致光纤长度和折射率的变化，进而改变光信号的相位和光强。
光纤传感单元将经过温度变化后的光信号反射回来，信号处理单元通过分析反射光信号的相位和光强的变化，最终得出被测温区域的温度。
二、应用领域光纤测温系统具有广泛的应用领域，以下介绍其中的几个典型应用。
1. 电力系统监测在电力系统中，高温可能导致电气设备的故障和整个系统的不稳定。
光纤测温系统可以通过监测关键部位的温度变化，实时评估设备的工作状态，预测潜在故障，并采取相应措施，以确保电力系统的安全稳定运行。
2. 工业生产过程监控在工业生产过程中，温度是一个重要的参数。
光纤测温系统可以实时监测生产过程中关键区域的温度变化，及时发现异常情况，避免由于温度波动导致的生产事故和产品质量问题。
3. 环境监测光纤测温系统可以用于环境温度监测，如地下水位监测、土壤温度监测、海洋温度监测等。
通过对这些环境因素的实时监测，可以更好地了解自然环境的变化趋势，并采取相应的措施进行保护和管理。
4. 石油、化工等危险环境监测在石油、化工等危险环境中，温度的监测对保证生产安全至关重要。
光纤测温系统可以避免在危险环境中使用传统温度传感器可能导致的隐患，如腐蚀、易燃等。
基于光纤传感技术的高温炉炉温监测系统设计与实现
基于光纤传感技术的高温炉炉温监测系统设计与实现随着工业发展的不断推进，高温炉在许多领域扮演着重要角色，如冶金、化工、建材等。
为了确保高温炉的正常运行和安全性，准确监测和控制炉温成为一项关键任务。
本文将介绍一个基于光纤传感技术的高温炉炉温监测系统的设计与实现。
一、引言在高温炉的运行过程中，炉温的精确监测对控制生产过程和保证产品质量至关重要。
传统的温度传感器通常无法适应高温环境下的需求，如易损坏、测量范围有限、响应时间长等问题。
而光纤传感技术作为一种新兴的测温技术，具有高精度、高稳定性、抗干扰等优点，因此被广泛应用于高温炉的炉温监测。
二、系统设计1. 光纤传感技术的原理光纤传感技术是利用光纤的物理特性进行测温的一种方法。
当光纤受到温度变化的影响时，其光学特性也会发生变化，如折射率、散射等。
通过测量光纤的这些变化，可以获得温度信息。
2. 硬件设计为了实现高温炉炉温监测系统，需要设计相应的硬件组成。
主要包括光纤传感器、光纤连接器、光源、光谱仪和数据采集卡等。
光纤传感器通过光纤连接器与炉膛内的测温点相连，将温度信息传输到光谱仪中，再通过数据采集卡将数据传输到计算机中。
3. 软件设计系统的软件设计主要包括数据采集与分析、数据可视化和报警功能。
通过软件对采集到的温度数据进行处理和分析，判断炉温是否处于正常范围内。
同时，将数据可视化的展示在计算机上，使操作人员能够直观地了解炉温的变化情况。
当炉温超出预设的范围时，系统会自动发出报警，并通过声音或邮件等方式通知相关人员。
三、系统实现1. 光纤传感器制作根据实际需要，将光纤进行加工，将其直接焊接到测温点上。
通过专用的保护层将光纤与高温环境隔离，保证光纤传感器的稳定性和耐高温性能。
2. 硬件连接将光纤传感器与光源、光谱仪、数据采集卡等硬件设备连接起来，保证信号的传输和接收正常。
3. 软件开发开发相应的软件程序，实现数据采集、数据处理和数据可视化的功能。
程序的开发可以使用LabVIEW、MATLAB等工具，根据实际需求选择合适的开发环境。
光纤温度传感器原理
光纤温度传感器原理
光纤温度传感器原理
光纤温度传感器是一种利用光纤作为传感元件的温度测量装置。
其原
理是利用光纤的热致散射效应，将温度转化为光信号的变化，再通过
光学检测系统进行测量。
光纤温度传感器由光源、光纤、检测器和信号处理器组成。
光源发出
一束光线，经过光纤传输到检测器处。
当光纤受到温度变化时，光线
会发生散射，导致光强度的变化。
检测器会将这种变化转化为电信号，再通过信号处理器进行处理，最终得到温度值。
光纤温度传感器具有很高的精度和稳定性，可以在极端环境下进行测量。
同时，由于光纤具有很好的抗干扰能力，因此可以在电磁干扰较
大的环境下使用。
光纤温度传感器的应用范围非常广泛，包括工业生产、医疗卫生、环
境监测等领域。
例如，在工业生产中，可以用光纤温度传感器来监测
机器设备的温度，及时发现问题并进行维护；在医疗卫生领域，可以
用光纤温度传感器来测量人体温度，帮助医生进行诊断和治疗；在环
境监测中，可以用光纤温度传感器来监测大气、水体等的温度变化，
为环境保护提供数据支持。
总之，光纤温度传感器是一种高精度、高稳定性的温度测量装置，具
有广泛的应用前景。
随着科技的不断发展，光纤温度传感器的性能和
应用范围将会不断扩大，为人们的生产和生活带来更多的便利和效益。
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摘要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的能力。
在本文中，简单介绍了光纤温度传感器，并详细论述了它的具体工作原理，最后描述了在温度监测系统中光纤温度传感器的实际运用。
【关键词】光纤温度传感器温度测量系统分类工作原理应用
光纤传感器有着很多的优点，主要是有着非常广泛的测量范围以及比较高的测量精度，它已经得到了非常广泛的运用。
随着科学技术的快速发展，传感器技术已经向着具有更高的灵敏度和精确度的方向发展，并能够很好的适应全新的环境。
其中光纤传感器是最为优秀的一种传感器，它的主要载体是光波，能够对自然界当中的各种物理量进行有效的测量。
在构造上，光纤的成本比较低，有着比较轻的质量以及方便安装的特点；同时光纤传感器有着非常大的数据传输能力，光纤能够对被测点进行实时的测量，能够有效减少信息获取的成本。
除此之外，光波信号有着比较强的抗干扰的能力，能够很好的适合高电压以及大电流的环境，对恶劣环境的适应能力较强。
1 光纤温度传感器的种类
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，功能型传感中存在的光纤是传感器以及光信号的重要载体。
1.1 分析分布式光纤温度传感器
在传送光信号的实际过程当中，激光的反射光能够分为三个主要的部分，具体为布里渊散射、拉曼散射以及瑞利散射。
该传感器的基本原理是根据后向的瑞利散光分布式的温度监控系统，经过一定的分析转化，变为基于光频域以及光时域的温度测控系统。
发展至今，分布式的光纤传感器能够有效测量30千米范围内的温度，能够将测量的精度控制在0.5摄氏度以内，同时，温度分辨率以及定位精度也控制在合理的范围内。
通常来讲，分布式的光纤温度传感器在实现连续性的测量过程中，应该有效结合光时域射计技术以及散射效应。
1.2 分析光纤光栅点式温度传感器
一般情况下，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敏性，所以，该传感器的基本原理就是利用光敏性的特点来有效测控实际的温度。
光纤光栅所具有的编码也就是所谓的波长，所以，该传感器在石油、航天以及建筑领域当中都有着非常广泛的运用。
该传感器还能够大体分为长周期的光纤光栅传感器以及bragg光纤光栅温度传感器。
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时域的反射技术，该技术主要指的是当光纤中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反射回入射端。
在对测量的温度点进行实际的定位时，能够按照光纤当中存在的光波的实际传播速度以及背向光回波的时间间隔来有效实现。
同时，背向raman散射的基本原理是脉冲激光器当中所发射出来的光脉冲向光纤当中进行冲入之后，光波会形成非弹性的碰撞，进而光波频率会发生一定的偏移，同时也会在一定程度上转移能量，之后产生raman散热。
而瑞利散射指的主要是光经过激光器进入光纤之后，光纤当中存在的离子以及激光脉冲会发生弹性的一些碰撞，在碰撞当中产生的一些光会被进行散射，散射的光所具有的频率和入射光是相同的，也就是瑞利后向的散射光。
3 温度监测系统当中光纤温度传感器的实际应用
3.1 能够对温度监测系统的信噪比进行有效提高
通过dts能够监测出比较微弱的温度信号，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。
因此，对比较微弱的温度信号进行的分析时，应该进行预处理。
在进行实际的调解中，监测系统的信噪比应该严格符合测量精度上的相关要求，通过小波分解来采集相对比较微弱的信号，然后进行去噪方面的处理，进而对实际的信噪比进行有效的提高。
在运用相关函数进行信号处理时，小波函数当中的相关函数在对信噪比进行处理时更加有效，能够对其实际的影响程度进行准确输出，能够对干燥声所造成的误差进行准确及时修正。
此外，互相关函数还能够对处理信号的要求进行有效满足。
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理是反射技术以及散射温度的效应。
脉冲激光器在有脉冲光射出之后，应该通过定向的耦合器来输出光纤。
光电检测器能够对光信号的空间温度进行有效的探测，还能够把光信号转化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50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，2011，29：154.
[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，2015，03：158-160.
作者简介
张靖辉（1983-），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。