導(dǎo)讀：

近年來(lái)，石英光纖在信息、傳感技術(shù)以及激光傳能等領(lǐng)域得到了迅速的發(fā)展和廣泛應(yīng)用。光纖測(cè)溫、測(cè)壓、測(cè)振早已是成熟技術(shù)，尤其光纖分布式測(cè)溫（DTS），相比于傳統(tǒng)電測(cè)量，具有長(zhǎng)期可靠、不受電磁干擾、測(cè)量精度高等特點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用于油井、隧道、核反應(yīng)，以及航空航天等重要領(lǐng)域。德國(guó)art photonics生產(chǎn)金屬涂層光纖工作溫度可達(dá)800°C，已成功在上述領(lǐng)域得到廣泛使用。

內(nèi)容：

DTS測(cè)溫原理：

DTS（Distributed Temperature Sensing）分布式光纖測(cè)溫，可使用長(zhǎng)度超過(guò)數(shù)千米的光纖傳感光纜，使其能夠發(fā)揮線性溫度傳感器的作用，最終結(jié)果是獲得沿著整個(gè)傳感光纜的持續(xù)的溫度曲線。其基本原理是利用拉曼效應(yīng)來(lái)測(cè)量溫度，通過(guò)光纖發(fā)送的光學(xué)脈沖激光能夠產(chǎn)生一些散射光，這些散射光能夠反射到發(fā)送端。拉曼散射的強(qiáng)度是沿著光纖測(cè)量的溫度，隨著溫度的變化，反斯托克斯拉曼信號(hào)的幅度會(huì)明顯地變化，拉曼－斯托克斯信號(hào)相對(duì)穩(wěn)定。溫度讀數(shù)的位置可通過(guò)測(cè)量反射光信號(hào)到達(dá)接收器的時(shí)間來(lái)進(jìn)行確定，這種方法被稱為OTDR（光時(shí)域反射技術(shù)）。

圖拉曼散射

其他的一些DTS技術(shù)還使用布里淵技術(shù)（B－OTDR 或 B－OTDA），這種反向散射能夠傳遞應(yīng)變信息與溫度信息，該系統(tǒng)也被稱為DTSS（分布式溫度與應(yīng)變傳感）系統(tǒng)。這些系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)是將光纖與應(yīng)變分離，從而獲得準(zhǔn)確的溫度信息。

圖DTS測(cè)溫原理

DTS測(cè)溫光纖，主要由纖芯，包層以及涂覆層三部份構(gòu)成。其中涂層與光纖應(yīng)用穩(wěn)定性以及使用壽命有密切的關(guān)系。常規(guī)普通光纖采用紫外固化丙烯酸樹(shù)脂涂層，它的使用溫度為－60°C －85°C， 如果長(zhǎng)時(shí)間在高于85°C環(huán)境下工作，涂層會(huì)發(fā)生熱老化，特別是在有O2存在的環(huán)境下會(huì)發(fā)生熱氧老化，加速涂層高分子鏈的斷裂過(guò)程，從而使涂層失去保護(hù)光纖的作用，無(wú)法阻止水分子侵入光纖，加速光纖的疲勞過(guò)程，致使光纖表面微裂紋擴(kuò)張導(dǎo)致光纖失效。對(duì)于惡劣環(huán)境，高溫環(huán)境下光纖測(cè)溫，多采用金屬涂層光纖測(cè)溫方案。

德國(guó)art photonics生產(chǎn)金屬涂覆層光纖，主要有鍍鋁和鍍銅光纖。采用領(lǐng)先工藝，將金屬（鋁，銅合金）均勻涂覆在光纖包層外。由于金屬涂層的熱膨脹系數(shù)低，基本與石英光纖處于同一數(shù)量級(jí)，使得光纖不僅具有可在高溫環(huán)境下工作性質(zhì)，工作溫度可到600°C，還具備金屬性能，體現(xiàn)在機(jī)械性能，其抗拉強(qiáng)度達(dá)GPa級(jí)（＞3GPa），以及100％耐濕性。

該公司生產(chǎn)鍍銅光纖已成功在發(fā)動(dòng)機(jī)上實(shí)現(xiàn)DTS分布式測(cè)溫，測(cè)溫示意圖見(jiàn)下圖示。脈沖激光通過(guò)一段距離光纖傳導(dǎo)進(jìn)測(cè)溫光纜，攜帶溫度變化信息拉曼散射光，斯托克與反斯托克，進(jìn)過(guò)分光后，分別被光電探測(cè)器接收，轉(zhuǎn)為電信號(hào)，經(jīng)采集卡采集并數(shù)據(jù)處理，上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示測(cè)量溫度信息。

圖發(fā)動(dòng)機(jī)DTS測(cè)溫示意圖

圖測(cè)溫系統(tǒng)組成

測(cè)溫光纖采用50μm纖芯鍍銅光纖，長(zhǎng)度30m左右，測(cè)溫系統(tǒng)分辨率在1cm。下圖為德國(guó)art photonics金屬涂層光纖實(shí)物圖。

圖左邊鍍鋁光纖，右邊鍍銅光纖實(shí)物

鍍銅光纖外加不銹鋼鋼保護(hù)套，隔絕氧化環(huán)境，工作溫度甚至可達(dá)800°C。

圖鍍銅光纖外加不銹鋼保護(hù)套

德國(guó)art photonics鍍銅光纖除了在發(fā)動(dòng)機(jī)上運(yùn)用，還可用在冶金過(guò)程中的高溫環(huán)境溫度的探測(cè)，高溫油氣井的傳感探測(cè)，低溫環(huán)境下溫度探測(cè)，高真空或高壓環(huán)境下的使用，航天以及船舶領(lǐng)域。德國(guó)art photonics公司在大陸區(qū)辦事處為深圳唯銳科技，公司致力于引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)性與創(chuàng)新性的光電技術(shù)可靠產(chǎn)品，為國(guó)內(nèi)前沿科研與工作領(lǐng)域提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品與服務(wù)，助力中國(guó)智造與中國(guó)創(chuàng)造。