光纖光纖測溫傳感的檢測原則

　　光纖光纖測溫傳感原理的主要依據是光纖的光時域反射( OTDR: Optical T ime Domain Reflectome try) 原理以及光纖的背向拉曼散射( Raman Scat tering) 溫度效應。當一個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。因光纖內壁類似鏡子, 故光脈在傳播中的每一點都會產生反射, 反射之中有一小部分的反射光, 其方向正好與入射光的方向相反( 亦可稱為背向) 。這種背向反射光的強度與光線中的反射點的溫度有一定的相關關系。反射點的溫度( 該點的光纖的環境溫度) 越高, 反射光的強度也越大。也就是說, 背向反射光的強度可以反映出反射點的溫度。利用這個現象, 若能測量出背向反射光的強度, 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: 當頻率為 V 0 的激光入射到光纖中, 它在光纖中傳輸的同時不斷產生后向散射光波, 這些后向散射光波中除有一與入射光頻率 V 0 相同的很強的中心譜線之外, 在其兩側,還存著( V 0- V) 及( V 0+ V) 的兩條譜線。中心譜線為瑞利散射譜線, 低頻一側頻率為( V 0-V) 、波長為 s 的譜線稱為斯托克斯線( stokes) , 高頻一側頻率為( V 0+ V) 、波長為 a 的譜線,稱為反斯托克斯線( Anti- stokes) 。根據拉曼散射理論, 在自然拉曼散射條件下, 反斯托克斯光強 Ia 于斯托克斯光強 Is 的比值 R( r) 為

　　R ( r ) = I a/ Is= ( s/ a) 4ex p ( - hcV 0/ kT ) ( 1)

　　式中: h普朗克常數;

　　c真空中的光速;

　　k波爾茲曼常數;

　　T絕對溫度

　　從公式中可以看出, R( r) 僅與溫度 T 有關,而與光強、入射條件、光纖幾何尺寸及光纖成分無關。據此, 我們可以借助探測反斯托克斯及斯托克斯后向拉曼散射光強之比值來實現溫度絕對測量, 利用該原理的溫度傳感檢測原理 。另外, 利用OTDR 技術, 還可以確定光纖長度損耗和光纖故障點、斷點的位置。