光纤传感测温系统

光纤传感器基础实验

光纤传感器基础实验 王帅 （哈尔滨工程大学13-3班75号，黑龙江省哈尔滨市 150001） 摘要：光纤传感实验仪开发研制的目的是将光纤传感这一现代技术进行广泛的普及和渗透。了解光纤传感仪试验仪的基本构造和原理，学习和掌握其正确使用方法；了解光纤端光场的径向分布和轴向分布的特点；定量了解一种光纤的纤端光场的径向分布和轴向分布；学习掌握最基本的光纤位移传感器的原理。通过对光纤接受端电压的测量，可以间接测量光纤端轴向和径向的光场强度的分布。 关键词：光纤传感器；轴向；径向；光强分布 Optical Fiber Sensor Based Experiment Wang shuai （Harbin Engineering University, Harbin,150001,Chnia） Abstract：The purpose of the development of fiber optic sensing experimental kits is to make this technology popularization. Understanding the basic structure and principle of fiber optic sensing experimental kits,learning and mastering the correct using method; Understand the radial and axial distribution characteristic of the fiber end; Learning to master the basic principle of optical fiber displacement sensor. By measuring the voltage of the optical fiber acceptting, optical fiber end light field intensity distribution of the axial and radial can be measured indirectly. Key words：fiber optic sensing experimental kits；axial; radial; light intensity distribution 0 引言 光纤传感实验仪是由多种形式的光纤传感器组成，是集教学和实验于一体的传感测量系统。它具有结构简单，灵敏度高，稳定性好，切换方便应用范围广等特点。在实验过程中，我们用光纤传感实验仪构成反射式光纤微位移传感器，可用于测量多种可转换成位移的物理量。 1 实验原理 1.1光在光纤中传输的原理 光在光纤中的传输依据是光学中的全反射定律。普通石英光纤的结构包括纤芯、包层和

分布式光纤测温系统

分布式光纤温度监测系统 型号：CTM 4000 德国技术 激光器15年免维护 产 品 样 本 （2006版） 国内主要用户：北京电力公司杭州电力公司厦门电业局 宁波电力公司连云港核电站 北京兴迪仪器有限责任公司

目录 1 应用领域 2 测量原理 2.1 拉曼散射 2.2 测量原理 3 系统组成 4 系统整体性能和特点 5 系统技术规范 5.1 系统主要技术参数 5.2 控制器 OTS 5.2.1 主机 5.2.2 电气参数 5.2.3 光的连接器 5.3 感温光缆 5.3.1 外敷设式光缆 5.3.2 内嵌式光缆 6 多路光纤转换开关（可选件） 7 中文操作软件 CHARON_02 增强版 8 系统网络(可选件) 9 计算机和打印机 10 安装附件 11 国内电力行业用户典型应用举例

分布式光纤温度监测系统 型号：CTM 4000 目前，在很多场合下，温度已成为非常关键的因素，许多物理特性的变化都直接反映在温度的升降上，因此对温度的监测的意义越来越大。随着光纤应用技术的发展，基于拉曼散射原理的分布式光纤测温系统是目前世界上最先进、最有效的连续分布式温度监测系统。 CTM4000型分布式光纤温度监测系统，由北京兴迪仪器有限责任公司引进德国先进核心技术成套生产，并提供整套系统的安装，调试和售后服务。已得到国内用户的广泛认可。截止到2005年底，已经应用在北京电力公司220kV电缆，回路长9.7公里，杭州电力局12 根220KV电缆，厦门电业局10/110/220kV电缆，宁波电力局220 kV电缆，连云港核电站220KV电缆的温度监测上。同时向厦门电业局提供电缆载流量计算软件，实时提供电缆的负荷率和载流量预测。 在中国的高速公路隧道，过江隧道，办公大楼防火等领域也有50多套正在使用中。在全世界范围内共有约2500套系统投入使用。 1 应用领域 1) 电力电缆温度监测 电力电缆的在线实时温度监测，具有重大现实意义: 运行状态监测，有效监测电缆在不同负载下 的发热状态，积累历史数据； 载流量分析，可以保证在不超过电缆的允许 运行温度的情况下，最大地发挥电缆的传输 能力，降低运行成本； 老化监测，发现电缆上的局部过热点。及时采取降温措施，延缓电缆老化速度； 实时故障监测，发现电缆运行过程中的外力破坏； 电缆沟内火情监测与报警；

光纤传感器的位移特性

光纤传感器的位移特性实验报告 一、实验目的 了解光纤位移传感器的工作原理和性能。 二、基本原理 本实验采用的是传光型光纤，它由两束光纤混合后，组成Y型光纤，半园分布即双D型一束光纤端部与光源相接发射光束，另一束端部与光电转换器相接接收光束。两光束混合后的端部是工作端亦称探头，它与被测体相距X，由光源发出的光纤传到端部出射后再经被测体反射回来，另一束光纤接收光信号由光电转换器转换成电量，而光电转换器转换的电量大小与间距X有关，因此可用于测量位移。 三、需用器件与单元 光纤传感器、光纤传感器实验模板、数显单元、测微头、直流源、反射面。 四、实验步骤 1、根据图1-6安装光纤位移传感器，二束光纤插入实验板上的座孔上。其内部已和发光管D及光电转换管T 相接。 图1-6光纤传感器安装示意图

2、将光纤实验模板输出端V O1与数显单元相连，见图1-7。 图1-7光纤传感器位移实验接线图 2、调节测微头，使探头与反射面圆平板接触。 3、实验模板接入±15V电源，合上主控箱电源开关，调R W、使数显表显示为零。 4、旋转测微头，被测体离开探头，每隔0.1mm读出数显表值，将其填入表1-4。 表1-4光纤位移传感器输出电压与位移数据 5、根据表9－1数据，作光纤位移传感器的位移特性，计算在量程1mm时灵敏度和非线性误差。 五、实验数据处理 1、实验数据：

2、光纤传感器位移与输出电压特性曲线： 3、1mm时的灵敏度与非线性误差：

用最小二乘法拟合的直线为： 灵敏度为0.1458V/mm 在0.45mm处取最大相对误差为：0.07V 非线性误差为： 六、思考题 光纤位移传感器测位移时对被测体的表面有些什么要求？ 答：表面要干净没有污点，而且光洁度要好；再因为一定要可以反射光，因此一定不能出现黑色表面的情况。

光纤式传感器

光纤式传感器 传感技术与计算机技术、通讯技术被称为信息产业三大支柱技术, 是组成现代信息化技术的基础。世界各大强国均将传感器技术视为国家科技发展战略中的重要组成部分, 作为国家重点发展的领域之一。光纤传感器主要有传感型和传光型两大类, 两类传感器在传感原理上均可分为光强调制、相位调制、偏振态调制及波长调制不同形式, 由此构成不同的传感器。迄今业已证实, 被光纤传感器敏感的物理量有 70多种, 与传统的传感器相比, 光纤传感器有灵敏度高、重量轻和体积小、多用途、对介质影响小、抗电磁干扰和耐腐蚀且本质安全、易于组网等特点, 使其近年来在航天航空、国防、能源电力、医疗和环保、石油化工、食品加工、土木工程等领域的应用得到了迅速发展。表 1 为光纤传感器对参数测定的原理及主要方式。 一、光纤传感器的基本原理及组成 光纤传感器由光源、敏感元件、光探测器、信号处理器系统以及光纤等组成。光纤传感器的基本原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测量参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长频率、相位偏振态等）发生变化，成为被调制的信号光，再经过光纤送入光探测器，经解调器解调后，获得被测参数。 1．1强度调制光纤传感器 强度调制光纤传感器的基本原理是：待测物理量引起光纤中传输光的光强变化，通过检测光强的变化实现对待测量的测量。待测量作用于光纤敏感元件，使通过光纤的光强发生变化。设输入光强为恒量Iin，输出光强为Iout，即待测量对光纤中的光强度产生调制。可

直接连接光探测器变成电信号（即调制的强度包括电信号）。 1.2相位调制光纤传感器 相位调制光纤传感器的基本原理是：通过被测能量场的作用，使光纤内传输的光波相位发生变化，再用干涉测量技术把相位变化转换为光强变化，从而检测出待测的物理量。所有能够影响光纤长度、折射率和内部应力的被测量都会引起相位变化，如应力应变温度和磁场等外界物理量。但是，目前的各类光探测器都不能探测敏感光的相位变化，必须采用干涉测量技术，才能实现对外界物理量的检测。与其他调制方式相比，相位调制技术由于采用干涉技术而具有很高的检测灵敏度。常用的干涉仪有四种：迈克尔逊、马赫-琴特、法布里-珀罗和萨格耐克。它们的共同点是：光源发出的光都要分成两束或更多束的光，沿不同的路径传播后，分离的光束又重新汇合，产生干涉现象。

光纤测温系统技术方案

EN.SURE分布式光纤温度系统方案

保证当今世界电力的可靠供给 防止电力中断的预防措施 随着对电力的需求不断增加，对于电力公司和电网的挑战也越来越大。电力供给行业继续迅速自由化发展，致使了国内和国际网络的重组。过去几年中发生的事件，包括主要区域大规模的停电和短路，以及替代能源不断被应用于现存的网络中，表明了现在的结构需要作出改善。同时，对开支能否降至最低的压力也越来越大。 温度监测是地下能源传输分配系统优化的关键因素。导体的温度取决于负载，但其余诸如土壤热阻力，电力线路的排布，相邻的电缆和其他来源扩散到导体周围的热量等因素也会对系统表现产生重要影响。 即使现今，要预测电缆沿线的温度分布是几乎不可能的，所以系统的最大载流量通常妥协于操作条件和风险最小化。 安装工业分布式温度测量系统（DTS）来测量电缆沿线的实时温度是传输分配系统监测的第一步。LIOS技术有限公司提供的集成动态电缆分级（DCR）或者也可称为实时热额定值（RTTR）解决方案不仅仅能够持续监测高压电缆沿线的实时温度，而且能帮助电网在安全的前提下达到最大能力。此外，它也使得电网运营商能在原定运作条件发生重大改变时预测传输系统的动向。

[测量原理] 光纤测温系统由激光二极管发出的连续波照射光纤内的玻璃芯。当光波沿着光纤玻璃芯下移时，会产生多种类型的辐射散射。如瑞利(Rayleigh)散射、布里渊(Brillouin)散射和拉曼(Raman)散射等。其中拉曼散射是对温度最为敏感的一种。光纤中光传输的每一点都会产生拉曼散射，并且产生的拉曼散射光是均匀分布在整个空间角内的。 拉曼散射是由于光纤分子的热振动和光子相互作用发生能量交换而产生的，具体地说，如果一部分光能转换成为热振动，那么将发出一个比光源波长更长的光，称为斯托克斯光（Stokes光），如果一部分热振动转换成为光能，那么将发出一个比光源波长更短的光，称为反斯托克斯光（Anti-Stokes光）。其中Stokes光强度受温度的影响很小，可忽略不计，而Anti-Stokes光的强度随温度的变化而变化。Anti-Stokes光与Stokes光的强度之比提供了一个关于温度的函数关系式。光在光纤中传输时一部分拉曼散射光（背向拉曼散射光）沿光纤原路返回，被光纤探测单元接收。DTS通过测量背向拉曼散射光中Anti-Stokes光与Stokes光的强度比值的变化实现对外部温度变化的监测。在频域中，利用OFDR技术，根据光在光纤中的传输速率和入射光与后向拉曼散射光之间的强度差，可以对不同的温度点进行定位，这样就可以得到整根光纤沿线上的温度并精确定位。 其工作原理如下图所示： [技术优势] LIOS技术有限公司提供的监测系统能通过以下措施保证用户在事故前定位热点，动态分析电力负荷以及保证可靠的电力供应： 1）热点的精确定位

光纤温度传感器

光纤温度传感器 电子092班 张洪亮 2009131041

光纤温度传感器 摘要 本文从光纤和光纤传感器以及光纤温度传感器的发展历程开始详细分析国内外 主要光纤温度测温方法的原理及特点，比较了不同方法的温度测量范围和性能指标以及各自的优缺点。通过研究发现了当前的光纤温度传感器的种类和特点，详细介绍了光纤温度传感器的原理，种类和各自的特点和优缺点。可以根据这些传感器各自特点将各种传感器应用到不同的领域，本文也简要分析了各种光纤温度传感器的运用范围和领域。本文还通过图文并茂的方式比较详细地分析了介绍了空调器的基本结构，工作电气原理和基本的热力学过程。本文对毕业设计主要内容和拟采用的研究方案也做出了详细地介绍分析。 关键词：光纤传感器，光纤温度传感器，运用领域，空调器，空调器原理 1 引言： 光纤温度传感器是一种新型的温度传感器．它具有抗电磁干扰、耐高压、耐腐蚀、防爆防燃、体积小、重量轻等优点，其中几种主要的光纤温度传感器：分布式光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器、干涉型光纤温度传感器、光纤荧光温度传感器和基于弯曲损耗的光纤温度传感器更有着自己独特的优点。与传统的传感器相比具有一下优点:灵敏度高;是无源器件，对被测对象不产生影响;光纤耐高压，耐腐蚀，在易燃、易爆环境下安全可靠;频带宽，动态范围大;几何形状具有多方面的适应性;可以与光纤遥测技术相配合，实现远距离测量和控制;体积小，重量轻等。它将在航空航天、远程控制、化学、生物化学、医疗、安全保险、电力工业等特殊环境下测温有着广阔的应用前景。在本论文中将详细分析当前光纤温度传感器的主要种类和各自的原理，特点和应用范围。70 年代中期，人们开始意识到光纤不仅具有传光特性，且其本身就可以构成一种新的直接交换信息的基础，无需任何中间级就能把待测的量与光纤内的导光联系起来。1977 年，美国海军研究所开始执行光纤传感器系统计划，这被认为是光纤传感器问世的日子。从这以后，光纤传感器在全世界的许多实验室里出现。从70 年代中期到 80 年代中期近十年的时间，光纤传感器己达近百种，它在国防军事部门、科研部门以及制造工业、能源工业、医学、化学和日常消费部门都得到实际应用。从目前的情况看，己有一些形成产品投入市场，但大量的是处在实验室研究阶段。光纤传感器与传统的传感器相比具有一下优点:灵敏度高; 是无源器件，对被测对象不产生影响;光纤耐高压，耐腐蚀，在易燃、易爆环境下安全可靠;频带宽，动态范围大;几何形状具有多方面的适应性;可以与光纤遥测技术相配合，实现远距离测量和控制;体积小，重量轻等。目前，世界各国都对光纤传感器展开了广泛，深入的研究，几个研究工作开展早的国家情况如下:美国对光纤传感器研究共有六个方面:这些项目分别是: 光纤传感系统;现代数字光 纤控制系统;光纤陀螺;核辐射监控;飞机发动机监控; 民用研究计划。以上计划仅在 1983 年就投资 12-14 亿美元。美国从事光纤传感器研究的有美国海军研究所、美国宇航局、西屋电器公司、斯坦福大学等 28 个主要单位。美国光纤

光纤测温和感温电缆的比较

分布式光纤火灾报警系统与感温电缆的比较 一、先进性 1，二十一世纪是光子世纪，光技术和产业澎湃发展，光传感技术是传统电子传感技术的替代技术，为近十年来发展最快的应用技术之一。 2，光纤传感技术是事故预防和监测的重要技术手段，其技术性能与传统感温电缆类传感产品相比有无可比拟的优势，在全球范围的各个行业内已经全面应用，随着对技术优势的进一步认识，将会全面取代传统的电子类传感系统。 二、技术比较 分布式光纤火灾报警系统感温电缆系统 产品类型真正意义上的线性监测系统，可以监测到光缆沿线每点温度的实时状况。只能报出整个区域的状况，无法定点、定温，不利于及时防治。 报警方式具有预、报警功能，支持定温、差温、温升、平 均温度等报警方式，可以对灵活设置每点的报警 方式和报警值。 只支持设定的定温值和差温值报警，即 火灾形成后才能够报警，没有温度显示 功能。 事故判断在火灾发生时，不但具有传统报警设备的功能- 区域报警，还可以对报警点进行定位和定温，另 外，通过实时的温度显示，还可以准确的判断火 灾事故的发展趋势，为灭火提供数据依据。 只具有区域报警的功能，无法定点、定 温。无法预警，也无法判断火灾事故的 发展趋势，不能够为救援提供准确信 息。 安全可靠性不受电磁干扰，不受任何环境的影响，本征安全， 适用于特殊危险场合，定、差温报警结合，绝对 无误报。 因其绝缘皮老化和电磁的干扰等诸多 因素的缘故，极易产生误报；并因其带 电，故不适用于特殊危险场合。 安装采用抗拉伸、抗冲击、外径小、柔韧的光缆，直 线悬吊安装，极为方便，不需要与电缆紧贴敷设， 不影响电缆的安装和今后的改装。 较易损坏的线缆必须与电缆以正弦波 方式紧贴敷设，相互影响，安装难度大， 同时影响今后电缆的改装。 使用及维护长距离监测，一根光缆即可完成探测和信号传输，所有设置在终端完成，整个系统简单可靠，终身免维护。

光纤传感器实验报告

实验题目：光纤传感器 实验目的： 掌握干涉原理，自行制作光线干涉仪，使用它对某些物理量进行测量， 加深对光纤传感理论的理解，以受到光纤技术基本操作技能的训练。实验仪器： 激光器及电源，光纤夹具，光纤剥线钳，宝石刀，激光功率计，五位调 整架，显微镜，光纤传感实验仪，CCD及显示器，等等 实验原理：（见预习报告） 实验数据： 1.光纤传感实验（室温：24.1℃） （1）升温过程 （2）降温过程

2．测量光纤的耦合效率 在光波长为633nm条件下，测得光功率计最大读数为712.3nw。数据处理： 一．测量光纤的耦合效率 在λ=633nW，光的输出功率P1=2mW情况下。在调节过程中测得最大 输出功率P2=712.3nW 代入耦合效率η的计算公式： 3.56×10-4 二．光纤传感实验 1.升温时 利用Origin作出拟合图像如下： B 温度/℃由上图可看出k=5.49±0.06

根据光纤温度灵敏度的计算公式,由于每移动一个条纹相位改变 2π，则 Δφ=2π×m （m 为移动的条纹数） 故灵敏度即为 因l=29.0cm 故其灵敏度为±1.30）rad/℃ 2.降温时 利用Origin 作出拟合图像如下： -40 -20 A B 由上图可看出k=7.45±0.11 同上： 条纹数 温度/℃

灵敏度为 因l=29.0cm 故其灵敏度为±2.38）rad/℃ 由上述数据可看出，升温时与降温时灵敏度数据相差较大，这是因为在升温时温度变化较快，且仪表读数有滞后，所以测出数据较不准确，在降温时测出的数据是比较准确的。 思考题： 1.能否不用分束器做实验？替代方案是什么？ 答：可以，只要用两个相同的相干波波源分别照射光纤即可，这样也可造成光的干涉。 2.温度改变1℃时，条纹的移动量与哪些因素有关？ 答： （1）与光纤的温度灵敏度有关 （2）与光纤置于温度场的长度有关 3.实验中不可用ccd是否能有办法看到干涉条纹？替代方案是什么？ 答：可以。可以用透镜将干涉条纹成像在光电探测器上进行测量。 实验小结： 1.光纤的功能层非常脆弱，光纤剥离过程中要使力均匀，不可用力过猛， 否则易造成光纤的断裂，必要时可分段进行剥离。 2.使用宝石刀进行切割时，要轻轻划一下，再将光纤弹断，直接切断会 造成光纤断面不平滑，导致测出的光纤耦合系数较低。 3.光纤传感实验时记录移动的条纹数时可自行在显示器上寻找参照点， 保证记录的准确即可。

分布式光纤测温系统原理

分布式光纤测温系统原理 分布式光纤测温系统依据后向散射原理可以分为三种：基于瑞利散射、基于拉曼散射和基于布里渊散射。目前发展比较成熟，且有产品应用于工程的是基于拉曼散射的分布式光纤测温系统。它的传感原理主要依据的是光纤的光时域反射(OTDR)原理和光纤的后向拉曼散射温度效应。 分布式光纤测温 一、引言 随着我国经济的发展，电力系统正在朝着超高压、大电网、大容量、自动化的方向发展，一旦发生事故便会对国民经济造成巨大损失。如何对正在运行的电力设备进行在线监测并进行安全预测和温度变化趋势分析?如何通过实时数据对设备质量、运行环境、运行方式、设备老化、负荷不平衡等进行科学分析?这些都是电力系统中迫切需要解决的问题。传统的红外测温仪、红外成像仪、感温电缆、热电阻 式测温系统等只能对电力系统的局部位置进行测温，无法为安全、经济运行、高效检修提供科学依据。而分布式光纤测温系统能够实现多点、在线的分布式测量，实现了运行设备的实时在线监测，有效地解决了长期以来现场出现的高温、燃烧、爆炸、火灾等事故应急不备的问题。在电力系统中，这种光纤测温技术在高压电力电缆、电气设备因接触不良引起的发热部位、电缆夹层、电缆通道、大型发电机定子、大型变压器、锅炉等设施的温度定点传感场合具有广泛的应用前景。 二、分布式光纤测温的基本原理 1. 分布式光纤测温系统依据后向散射原理可以分为三种：基于瑞利散射、基于拉曼散射和基于布 里渊散射。目前发展比较成熟，且有产品应用于工程的是基于拉曼散射的分布式光纤测温系统。它的传感原理主要依据的是光纤的光时域反射(OTDR)原理和光纤的后向拉曼散射温度效应。 (一)光时域反射(OTDR)原理 当激光脉冲在光纤中传输时，由于光纤中存在折射率的微观不均匀性，会产生散射。在时域里，入射光经后向散射返回到光纤入射端所需时间为t，激光脉冲在光纤中所走过的路程为2L，其中v为光在光纤中的传播速度、C为真空中的光速，n为光纤折射率。在测得时刻t时，就可求得距光源L处的距离。 (二)光纤的后向拉曼散射温度效应 当一个激光脉冲从光纤的一端射入光纤时，这个光脉冲会沿着光纤向前传播。由于光脉冲与光纤内部分子发生弹性碰撞和非弹性碰撞，故光脉冲在传播中的每一点都会产生反射，反射中有一小部分的反射光，其方向正好与入射光的方向相反(亦可称为后向)。这种后向反射光的强度与光线中的反射点的温度有一定的相关关系。反射点的温度(该点光纤所处的环境温度)越高，反射光的强度也越大。利用这个现象，若能测出后向反射光的强度，就可以计算出反射点的温度，这就是利用光纤测量温度的基本原理。 如用公式来表达：当激光脉冲在光纤中传播时与光纤分子相互作用，会发生瑞利散射、布里渊散射、拉曼散射，其中拉曼散射是由于光纤分子的热振动和光子相互作用发生能量交换而产生的。如果一部分光能转换成热振动，那么将发出一个比光源波长长的光，称为斯托克斯光;如果一部分热振动转换为光能，

基于瑞利散射的分布式光纤传感技术

光纤中的散射光 当光（电磁）波射入介质时，若介质中存在某些不均匀性（如电场、相位、粒子数密度n、声速v等）使光（电磁）波的传播发生变化，有一部分能量偏离预定的传播方向而向空间中其他任意方向弥散开来，这就是光散射。光的散射现象的表现形式是多种多样的，从不同的角度出发，可有不同的分类，但从产物的物理机制来看，可以分为两大类： 第一类是非纯净介质中的光散射，该散射现象不是介质本身所固有的，而强烈地依赖于掺杂进来的散射中心的性质或介质本身的纯净度。其规律主要表现为：散射光的频率与入射光的频率相同；散射光的强度与入射波长成一定关系。 第二类是纯净介质中的散射，即使所考虑的介质是由成分相同的纯物质组成，其中不含有外来掺杂的质点、颗粒或结构缺陷等，仍然有可能产生光的散射现象，这些散射现象是介质本身所固有的，与介质本身的纯净度没有本质上的关系。属于这类纯净介质的散射现象有如下几种： 1）瑞利散射设介质是由相同的原子或分子组成，由于这些原子或分子空间分布的随机性的统计起伏（密度起伏），造成与电极化特性相应的随机性起伏，而形成入射光的散射。这种散射现象的特点是频率与入射光频率相同，在散射前后原子或分子内能不发生变化，散射光强度与入射光波长的四次方成反比。 2）拉曼散射这种散射现象通常发生在由分子组成的纯净介质中，组成戒指的分子是由一定的原子或离子组成的，它们在分子内部按一定的方式运动（振动或转动），分子内部粒子间的这种相对运动将导致感生电偶极矩随时间的周期性调制，从而可以产生对入射光的散射作用；在单色光入射的情况下，这将是散射光的频率相对于入射光发生一定的移动，频移量正好等于上述调制频率，亦即与散射分子的组成和内部相对运动规律有关。 3）布里渊散射对于任何种类的纯净介质来说，由于组成介质的质点群连续不断的做热运动，使得在介质内始终存在着不同程度上的弹性力学振动或声波场。连续介质的这种宏观弹性力学振动，意味着介质密度（从而也是折射率）随时间和空间的周期性起伏，因而可对入射光产生散射作用，这种作用类似于超声波对光的衍射作用，并且散射光的频移大小与散射角及介质的声波特性有关。

荧光光纤测温原理

1 概述 传统的温度测量技术在各个领域的应用已很成熟，如热电偶、热敏电阻、光学高温计、半导体以及其它领域的温度传感器。它们的敏感特性主要是以电子信号作为传感媒介，即利用温度对电子信号的调制作用。而在特殊工况和环境下，如在易爆、易燃、高电压、强电磁场、具有腐蚀性气体、液体，以及要求快速响应、非接触等环境下，光纤温度测量技术具有独到的优越性。由于光纤本身的电磁绝缘性以及固有的宽频带等优点，使得光纤温度传感器突破了电子温度传感器的限制。同时由于其工作原理是利用温度对光信号的调制作用，传感或传输方式多采用石英光纤，传输的幅值信号损耗低，可远距离传输，使传感器的光电器件脱离测温现场，避开了恶劣的环境。在辐射测温中，光纤代替了常规测温仪的空间传输光路，使尘雾、水汽等干扰因素对测量结果影响很小。光纤质量小、截面小、可弯曲传输，因此可测量不可见的工作空间的温度，便于特殊工况下的安装使用。光纤由于温度测量的机理与结构形式多种多样，基本上可分为两大类：一类是传光型，它利用某种传感元件把光的强度、波长等与温度有关的信息作为测量信号，由光纤将信号传递到探测器；另一类是传感型，它以光纤本身为传感元件，将光的相位、波长、强度等为测量信号。光纤温度传感器机理及特点如表1所示。 光纤传光型温度传感器通常使用电子式敏感器件，光纤仅为信号的传输通

道；传感型光纤温度传感器利用其本身具有的物理参数随温度变化的特性检测温度，光纤本身为敏感元件，其温度灵敏度较高，但由于光纤对温度以外的干扰如振动、应力等的敏感性，使其工作的稳定性和精度受到影响。其中荧光衰减型、热辐射型光纤温度传感器已达到应用水平。 其中，荧光光纤测温技术可以实现不同工作情况，尤其是电磁干扰下的温度测量。荧光是辐射的去活化过程。荧光材料原子受到某一波长的辐射而激发时，辐射去活化，发出辐射。荧光是发射光，它涉及吸取和再发射2个过程，每个过程都是瞬间的，但在2个过程之间存在一时间间隔，它依赖于荧光去活化过程。 荧光光纤温度传感器不仅限于表面温度的定向测量，其探头可以插入固体物质中、浸入液体中或导入设备中，到达特定区域。荧光测温与其它测温方法相比具有诸多优点，如实现温度的绝对测量，测温精度不受被测体表面发射率的影响，在中低温范围内有很高的灵敏度和测温精度等。 2 荧光光纤测温原理 当发光材料受到某种波长的入射光照射，吸收光能后从基态进入激发态，并且立即退激发并发出比入射光的波长长的出射光（通常波长在可见光波段），而且一旦移除入射光，发光现象也随之立即消失，即出射光消失，具有这种性质的出射光就被称之为荧光。 荧光产生机理 由普朗克定理可知，当发光材料接收到无论哪种形式的入射光能量时，发光材料中的电子将发生能级跃迁现象，而在能级跃迁的过程中伴随着波长为λ的出射光。 其中 21hc E E hν λ -==（1）

光纤传感器位移特性实验

光纤传感器位移特性实验报告 一、实验目的： 了解反射式光纤位移传感器的原理与应用。 二、实验仪器： 光纤位移传感器模块、Y型光纤传感器、测微头、反射面、直流电源、数显电压表。三、实验原理： 反射式光纤位移传感器是一种传输型光纤传感器。其原理如图36-1所示：光纤采用Ｙ型结构，两束光纤一端合并在一起组成光纤探头，另一端分为两支，分别作为光源光纤和接收光纤。光从光源耦合到光源光纤，通过光纤传输，射向反射面，再被反射到接收光纤，最后由光电转换器接收，转换器接收到的光源与反射体表面的性质及反射体到光纤探头距离有关。当反射表面位置确定后，接收到的反射光光强随光纤探头到反射体的距离的变化而变化。显然，当光纤探头紧贴反射面时，接收器接收到的光强为零。随着光纤探头离反射面距离的增加，接收到的光强逐渐增加，到达最大值点后又随两者的距离增加而减小。反射式光纤位移传感器是一种非接触式测量，具有探头小，响应速度快，测量线性化（在小位移范围内）等优点，可在小位移范围内进行高速位移检测。 图36-1 反射式光纤位移传感器原理图36-2 光纤位移传感器安装示意图四、实验内容与步骤 1．光纤传感器的安装如图36-2所示，将Y型光纤安装在光纤位移传感器实验模块上。探头对准镀铬反射板，调节光纤探头端面与反射面平行，距离适中；固定测微头。接通电源预热数分钟。 2．将测微头起始位置调到14cm处，手动使反射面与光纤探头端面紧密接触，固定测微头。 3．实验模块从主控台接入±15V电源，打开实验台电源。 4．将模块输出“Uo”接到直流电压表（20V档），仔细调节电位器Rw使电压表显示为零。 5．旋动测微器，使反射面与光纤探头端面距离增大，每隔０.1ｍｍ读出一次输出电压Ｕ值，并记录。 五、数据记录与分析 1、数据记录表格 X（mm）0.10.20.30.40.50.60.70.80.9 1.0 Uo(V)0.080.180.280.400.520.640.750.870.97 1.06

井下光纤测温系统

井下温度监测解决方案

1系统设计简析 1.1项目背景 井温是生产测井中必不可少的一个测量参数，几乎所有的组合测井仪都包括此项测量内容。准确的井温测量对于地质资料解释和油井监测等都具有十分重要的意义，尤其在稠油热采工艺中，井温的监测显得非常重要。目前常规的井温测量方法存在不足：温度传感器的热平衡时间长；传感器的移动会影响井下原始温度场的分布；无法在高温高压环境下对井下的温度场分布进行长期的监测。 光纤传感器作为传感器中一支新秀，已被国内外公认为最具有发展前途的高新技术产业之一。它具有灵敏度高、体积小、易于敷设、对被检测场无破坏与干扰、抗电磁干扰能力强、本质防爆、能够进行分布测量以及传感信息易于通过光纤传输与组网等特点，是对已有的传感技术的发展与补充，它所具有的某些独特性是不能用其它传感技术代替的，尤其适用于石油化工、电力等行业的恶劣环境中。而分布式光纤测温技术作为近年来发展起来的一种用于实时测量空间温度场分布的新技术，20世纪70年代起伴随着光导纤维及光纤通信技术的发展而迅速发展起来，我国从20世纪90年代后期首次利用分布式光纤监测技术测量温度以来，至今已有多个工程应用。 油田中很大一部分是稠油区块，主要采用蒸汽吞吐的开采方式，高温监测最高测试温度达350℃以上。由于仪器工作环境恶劣，使传统的仪器无法进行有效测量。分布式光纤温度监测系统，提供了几近完美的探测性能。光纤分布式温度监测系统相比其他探测手段，这一新兴的线型应变监测手段正逐渐为各个领域的用户广为接受，石化油井由于其易燃易爆、线性结构的特点就更为适用。 1.2系统目标 油田井下温度分布监测——分布式光纤温度监测系统必须保证： (1)油田井下温度的实时监测； (2)根据实际工程需要情况，沿油井垂直方向，实现全方位分布式监测；

光纤传感器的位移特性实验

实验二十五光纤传感器的位移特性实验 一、实验目的 了解光纤位移传感器的工作原理和性能。 二、实验内容 用传光型光纤测位移。 三、实验仪器 光纤传感器、光纤传感器实验模板、数显单元、测微头、直流源、反射面（用电涡流传感器的铁测片做反射面）。 四、实验原理 本实验采用的是传光型光纤，它由两束光纤混合后，组成Y型光纤，半园分布即双D 型一束光纤端部与光源相接发射光束，另一束端部与光电转换器相接接收光束。两光束混合后的端部是工作端亦称探头，它与被测体相距X，由光源发出的光纤传到端部出射后再经被测体反射回来，另一束光纤接收光信号由光电转换器转换成电量，而光电转换器转换的电量大小与间距X有关，因此可用于测量位移。 五、实验注意事项 1、实验时注意光纤探头与反射面保持平行，调整光纤探头使其位于反射面的圆心上。 2、实验前应用纸巾擦拭反射面，以保证反射效果。 六、实验步骤 1、根据图9－1安装光纤位移传感器，二束光纤插入实验板上的座孔上。其内部已和发光管D及光电转换管T 相接。 图9－1 光纤传感器安装示意图 2、将光纤实验模板输出端VO1与数显单元相连，见图9－2。

图9－2光纤传感器位移实验接线图 3、调节测微头，使探头与反射面圆平板接触。 4、实验模板接入±15V电源，合上主控台电源开关，调RW使数显表显示值最小，然后微调测微头使数显表显示为0.000（电压选择置2V档）。 5、旋转测微头，被测体离开探头，每隔0.05mm读出数显表值，将其填入下表：（实验结论：1、本实验每隔0.05mm是相对位置，起始值看做0.05mm即可，无需从测微头上读绝对位置值。每旋转0.05mm，输出的电压的增量应该大致相等。2、由于学生做实验可能不能正确的找到起始点，导致采集的数据不在线性范围内，从而影响数据采集的线性度，可以让学生从选取的起始点开始计数，多计几组数据，然后选取线性度较好的十组数据，填入下表。3、如果只看本实验的线性情况，可选取十组较好的数据填入下表，若要看到光纤传 感器的整个变化趋势，则至少应该记录25组数据，其V—X曲线见思考题答案） 6、根据上表数据，作光纤位移传感器的位移——输出曲线图。计算在量程1mm时灵敏度和非线性误差。 七、实验报告 在实验报告中填写《实验报告二十五》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、 波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。 八、实验思考题 根据实验步骤（6）中的光纤位移传感器的位移——输出曲线图，分析其原理。 答：由光源发出的光经发射光纤传输后入射到被测物表面，经反射体反射后再经接收光 纤接收并传输至光敏元件。由于光纤有一定的数值孔径，当光纤探头紧贴反射体时，发射光 纤中的光不能发射到接收光纤中，因此接收光纤中无光信号；当光纤探头逐渐远离被测体时， 接收光纤中的光强越来越大，当整个接收光纤被全部照亮时，接收光强达到峰值；当反射体 继续远离时，将有部分反射光没有反射进Y型光纤束，接收到的光强逐渐减小。位移特性 如下图所示。

光纤传感器的主要应用领域

关于传感系统中光纤的应用有基本其实本站早就有探讨过。对于光纤的传输特性，在传感器技术中的要求与其在工业中应用中是不同的：邮政，电报等方面的应用中不希望的（如损耗），在传感技术中恰恰是可以利用的。在光纤传感技术中，为了获得所期望的灵敏度，可以将光纤“增敏”或者“去敏”，就是比如果只是采用通讯用普通光纤，那么光纤传感器性能将受到限制。根据传感技术的需虽选用新的材料、设计特殊结构的专用光纤是光纤传感技术发展的一个基础课题。 传感器的概念并不陌生，可以类似人的眼睛就是一种传感器。人步行时，要用眼睛观察道路状况，由大脑作出判断并控制着步行的方向和行动，这样才能保证安全行走。在人类有目的指向的行为中，关于目标的识别和判断都是必不可少的。在工程技术中控制和测量的关系也是如此：要实现准确的自动控制，必须从工程对象那里得到信息，在其基础上作出准确的判断。微型计算机的发展不仅带来了计测技术本身的高度发民同时也促进了高可靠快自动控制机器的发展与普及。无论是计测还是控制，其最重要的部分都是作为来自待测目标的信息入口的传感器。随着对于计测和控制方面的要求越来越民相应的实现各种目的传感器的研制开发都迅速展开。 至于光纤传感器，可以这样定义：一种用来检测光在光纤中传播时，因光纤的全部或部分环节所在环境（物理量或化学置或生物虽等）的变化带来的光传榆特性改变的装置。光纤传感器与传统的各类传感器相比，有独特的优点。光纤本身用作基本传感器，具有高灵敏度，抗电磁干扰，耐腐蚀、防爆及不干扰被测场等特点;光纤作为传感信号的传送系统，与传统的金属线路相比，具有抗电磁场相地球环流的干扰、可靠住高、安全及可长距离传送等优点;并且便于与计算机连接、与光纤传输系统组成遥测网络;加之光纤传感器结构简单、体积小、重量，因此光纤传感器有着广泛的应用潜力。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解相关传感器产品的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城。https://www.wendangku.net/doc/0a15063647.html,/

光纤传感器 实验数据范例

实验数据范例 一、光纤测量重力 表一 砝码（g） 5 10 15 20 25 30 35 40 45 显示值(mv) 77 134 180 226 280 346 397 454 500 砝码（g）50 55 显示值(mv) 552 594 表一中的数据曲线图 表二 砝码（g） 5 10 15 20 25 30 35 40 45 显示值(mv) 73 126 163 223 273 338 397 458 520 砝码（g）50 55 显示值(mv) 575 630 表二中的数据曲线图

表三 砝码（g） 5 10 15 20 25 30 35 40 45 显示值(mv) 76 129 173 230 280 342 396 460 520 砝码（g）50 显示值(mv) 560 表三中的数据曲线图 二、温度测量 表四（升温） 温度（℃）20 25 30 35.6 40 45.7 50 56 60 显示值(mv) 2290 2150 1970 1665 1520 1263 1190 1000 940 温度（℃）64.7 70 75 80 85 90 95 100 105 显示值(mv) 850 760 720 600 583 475 406 294 150 表四中的数据曲线图

表五（升温） 温度（℃）20．9 25 30 35 40 45 50 55 60 显示值(mv) 2220 2155 1954 1720 1490 1300 1190 1040 960 温度（℃）65 70.5 75 78 85 90 95 100.3 105 显示值(mv) 826 740 713 640 580 475 390 304 217 表五中的数据曲线图

分布式光纤测温系统分析

分布式光纤测温系统 一、兴安矿现状 兴安矿井煤系地层厚1120米，有煤层41个，其中可采和局部可采煤层23个，煤层总厚度为75.99米，2006年10月26日黑龙江省煤田地质研究所对兴安矿煤层自然倾向性分类和自然发火期核定说明：11、12、17-1、17-2、18、21、22、27、30号层9个煤层属容易自然发火煤层。 各煤层自然发火期：11 号层自然发火期：4个月；17-1号层、17-2号层自然发火期： 8个月；18号层自然发火期：6个月；21号层自然发火期： 10 个月、12、27、30号煤层自然发火期12个月属自然发火煤层， 23、24、28、33等煤层自然发火期12 个月以上，属不易自然发火煤层。 由于煤层自燃发火期短，在对煤层自然发火潜伏期温度的变化进行观测时发现现有的观测技术落后。 二、强化温度观测技术 兴安矿煤层自燃发火的预测预报工作主要以人工观测采空区后部钻孔为主，这种方法在技术上限制了观测的连续性和准确性，为改变现有的观测技术，兴安矿引进了山东微感光电子有限公司研发的分布式光纤测温监测预报系统。 三、分布式光纤测温监测预报系统原理及系统软硬件设备 1、原理 分布式光纤测温监测预报系统采用分布式光纤测温技术，该技术

为拉曼散射和光时域反射技术，可以实现温度和距离的测定。 拉曼散射是依据光在光纤中传播过程中，产生后向拉曼散射光谱的温度效应。当入射的光量子与光纤物质分子产生碰撞时，产生弹性碰撞和非弹性碰撞。弹性碰撞时，光量子和物质分子之间没有能量交换，光量子的频率不发生任何改变，表现为瑞利散射光保持与入射光相同的波长；在非弹性碰撞时，发生能量交换，光量子可以释放或吸收声子，表现为产生一个波长较长的斯托克斯光和一个波长较短的反斯托克斯光。由于反斯托克斯光受温度影响比较敏感，系统采用以斯托克斯光通道作为参考通道，反斯托克斯光通道作为信号通道，有两者的比值可以消除光源信号波动、光纤弯曲等非温度因素，实现对温度信息的采集，光纤测温的原理是依据后向拉曼（Raman ）散射效应。 图3-1 激光散射光谱分析 光时域反射技术（即OTDR 原理）是对空间分布的温度实现空间测量的理论基础。激光脉冲在光纤中传输时，在时域里，入射光经过背向散射返回到光纤入射端所需时间为t ，激光脉冲在光纤中所走过的路程为2L ，有： 2L V t =? (3-1) C V n = (3-2)

光纤测温系统说明

光纤测温系统原理光纤测温系统构成 图4 光纤测温系统构成 光纤测温系统设计说明：采用点式测温，由于解调体积较小，可每台**每组件近安装一个温度解调仪，测温主机安装在控制室，多路感温光纤分别对监控区域进行温度监测，通过RJ45上传实时温度数据，报警时通过继电器输出报警信息给上位机，实现报警联动。

系统特点 ?不降低电气设备的安全等级：测温式电气火灾监控探测器体积小，直径，没有任何金属材质、电子元器件，绝缘性好，20cm耐10万伏电压。 ?最准确的预报技术：不受电磁场干扰的监测方式，≤10S的响应时间充分将火灾隐患消灭在萌芽阶段。 ?全年、全天侯安全守护：至少25年，每年365天，全天候24小时实时监测和分析。 ?高性价比：初期造价经济合理，后期运行免维护。 ?减少了监测盲区、提高了设备安全性：定位精度1mm。 ?节省成本：直接安装于温升部位，实时记录、显示监测点数据，实现无人值守监测站目标。 ?建立了维修依据：全面掌握设备运行情况，可以预测、预知设备老化，从而根据设备运营状况提出检修时间、检修计划。 ?智能判断性：能够对被测对象的正常温度、异常温度、火灾进行快速的判断和分析。 ?参数设置的方便性：可设置多级的预报警、报警阀值；报警方式有声、光、不同颜色的图形界面、继电器输出等形式。可在任何时间准确显示任何一点监测的温度，在事故发生前早期预警。 ?网络性：该系统具有开放式、网络化、单元化及组态方便等优点，以实现信息化的管理。?兼容性：系统可以通过RS232/RS485、RJ45、内置继电器等输出形式与消防报警系统，提供信号进行声、光报警，信号输出准确、完整。 ?安全性：具有多级权限设置功能，授权管理，确保系统的安全。 ?数据管理性：能够对不同类型的数据进行统计、保存、查询、打印、复制。数据类型有：

光纤测温

光纤测温 １．概述 光导纤维是一种利用光完全内反射原理而传输光的器件。一般光导纤维用 石英玻璃制成，通常有三层：最里面直径仅有几十微米的细芯称芯子，其折射率 为ｎ；外面有一层外径为１０ ００～２０ ００μｍ的包层，其折射率为ｎ２，通常ｎ略小于 ｎ１；芯子和包层一起叫做心线；心线外面为保护层，其折射率为ｎ３，ｎ３≥ｎ２。这种结构可保证按一定角度入射的光线在芯子和包层的界面发生全反射， 使光线只集中在芯子内向前传输。与温度测量有关的光导纤维的特征参数主要 是数值孔径ＮＡ，其表达式为 ＮＡ＝ｎ０ｓｉｎθ０＝ｎ２１－ｎ２２（６－３２） 式中，ｎ０为空气折射率，其值为１；ｎ１为芯子材料的折射率；ｎ２ 为包层材料的折 射率；θ为临界入射角（指保证入射光在芯子和包层界面间发生全反射，从而集 中在芯子内部向前传输的最大入射角）。 ＮＡ大，表示可以在较大入射角范围内输入并获得全反射光；它与心线直径 无关，仅与它们材料的折射率有关。一般光学玻璃组成的光纤，其ＮＡ约为０．４；而石英玻璃组成的光纤，其ＮＡ约为０．２５。 ２．光纤温度传感器 光纤温度传感器是采用光纤作为敏感元件或能量传输介质而构成的新型测 温传感器，它有接触式和非接触式等多种型式。 光纤传感器由光源激励、光源、光纤（含敏感元件）、光检测器、光电转换及处 理系统和各种连接件等部分构成。光纤传感器可分为功能型和非功能型两种型 式，功能型传感器是利用光纤的各种特性，由光纤本身感受被测量的变化，光纤 既是传输介质，又是敏感元件；非功能型传感器又称传光型，由其他敏感元件感 受被测量的变化，光纤仅作为光信号的传输介质。 （１）功能型光纤温度传感器 功能型光纤温度传感器是由光纤本身感受被测目标物体的温度变化，并引 起传输光的相应变化，然后据此确定被测目标物体的温度高低与发生变化的位 置。这类传感器目前仍处于研究阶段，下面介绍其中两种功能型光纤温度传感 器。 ①黑体辐射型 这种温度传感器与辐射光纤传感器很相似，其工作原理是基于光纤芯线受 热产生黑体辐射现象来测量被测物体内热点的温度。此时，光纤本身成为一个 待测温度的黑体腔，它与辐射温度计的区别在于辐射不是固定在头部，而是光纤 整体。在光纤长度方向上的任何一段，因受热而产生的辐射都在端部收集起来， 并用来确定高温段的位置与温度。因此，它属于接触式温度传感器范畴。这种 传感器是靠被测物体加热光纤，使其热点产生热辐射，所以，它不需要任何外加 敏感元件，可以测量物体内部任何位置的温度。而且，传感器对光纤要求较低， 只要能承受被测温度就可以。 光纤温度传感器的热辐射能量取决于光纤温度、发射率与光谱范围。当一 定长度的光纤受热时，光纤的所有部分都将产生热辐射，但光纤各部分的温度可 能相差很大，所辐射的光谱成分也不同。由于热辐射随物体温度增加而显著增 加，所以，在光纤终端探测到的光谱成分将主要取决于光纤上最高温度，即光纤 中的热点，而与其长度无关。