電纜光纖測溫系統(tǒng)的定位精度達(dá)到 0.5 米,主要依賴于光時(shí)域反射(OTDR)技術(shù),該技術(shù)通過測量激光脈沖在光纖中傳輸并產(chǎn)生背向散射光的時(shí)間差,來確定散射光在光纖中的具體位置。具體來說:
光時(shí)域反射(OTDR)技術(shù)原理:當(dāng)激光脈沖注入光纖后,它會沿著光纖傳播并在各個(gè)點(diǎn)產(chǎn)生背向散射光。這些散射光會沿著光纖返回并被探測器接收。通過測量散射光返回的時(shí)間,可以計(jì)算出散射光發(fā)生的位置,即溫度變化的位置。定位公式為 L=(c/2n)×Δt,其中 L 是散射點(diǎn)距離光源的距離,c 是光在真空中的速度,n 是光纖的折射率,Δt 是激光脈沖發(fā)射到接收到散射光的時(shí)間差。
系統(tǒng)組成與工作流程:
光源發(fā)射激光脈沖:系統(tǒng)首先由光源發(fā)射激光脈沖,該脈沖沿光纖傳輸。
拉曼散射與背向散射光:激光脈沖在光纖傳輸過程中遇到光纖分子的熱運(yùn)動而產(chǎn)生拉曼散射。部分散射光(主要是反斯托克斯光和斯托克斯光)會沿光纖背向傳播并被探測器接收。
分光與檢測:分光模塊將背向散射光中的反斯托克斯光和斯托克斯光分離,并分別送入光電探測器進(jìn)行檢測。通過測量兩者的光強(qiáng)比值,可以計(jì)算出光纖上各點(diǎn)的溫度。
信號處理與定位:光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號后送入信號處理單元,信號處理單元結(jié)合 OTDR 技術(shù)確定散射光的位置,即溫度變化的位置。
提高定位精度的措施:
優(yōu)化時(shí)間測量:定位精度主要由時(shí)間測量誤差來決定,時(shí)間測量誤差與光脈沖發(fā)射和數(shù)據(jù)采集的同步有關(guān)。采用激光器同步控制數(shù)據(jù)采集卡的控制方式,可以減少時(shí)間誤差,提高定位精度。
提高信噪比:測溫精度跟測溫系統(tǒng)的信噪比有關(guān),可以通過特定的方法來降低噪聲或者是在不影響空間分辨率的情況下增大激光器的脈寬來實(shí)現(xiàn)信噪比的提高,進(jìn)而間接提升定位精度。