基于光電纜的分布式溫度傳感網絡的實驗研究

光電纜內部溫度場分布如圖2 所示，由圖2 可知溫度場關于直線y=x 對稱。圖3 為沿直線y=x 的路徑溫度曲線。由圖可知光柵所在位置和電纜內部溫度極為接近，所以光柵所測溫度能夠直接地反映出電纜的溫度。

圖2 光電纜截面溫度場節點云圖

圖3 光電纜截面y=x 方向溫度曲線

2 解調系統原理與理論分析

實驗系統是一種基于可調諧激光器的新型分布式光纖光柵傳感系統，系統原理圖如圖4 所示。該系統具有多個中心波長均為1 550 nm 的相同光柵，待測區域中每隔30 m 放置一個封裝的光柵。由于電纜接頭部分最容易發熱，所以在使用電纜的時候在光電纜的接頭位置最好也加上光柵，以便實時了解電纜接頭部分的運行狀況。

系統選用的是可調諧脈沖激光器，其掃描周期為T=0.25 s，如圖5(a)所示。掃描范圍是1 545~1 555 nm，激光脈沖的線寬是0.18 nm，如圖5(b)所示。窄帶脈沖激光通過耦合器送至光柵傳感器里。圖5(d)表示的是如果光柵溫度沒有變化時，只有1 550 nm 的光會反射回來。如果光柵的溫度發生變化，則光柵的中心波長也會相應地發生變化，并且對應的脈沖光也會被反射回來。圖5(c)和圖5(e)分別對應的是光柵降溫和升溫的兩種不同情況。通過光電探測器將光信號轉換為電壓波形，高速采集卡以500 Mps 的采樣速率對電信號進行采樣。數據處理系統發出電壓信號來控制激光器，并且比較這些電壓信號和采集到的信號。利用工業級主板，程序會計算出光纖光柵的偏移量，該偏移量線性對應于光柵的溫度變化。圖5(f)表示的是對應于不同中心波長光信號的電信號圖。此外，不同位置的光信號返回的時間差不同，相鄰光柵的時間間隔是200ns。通過測量和計算返回光的時間間隔，可以得到光柵溫度發生變化的位置和溫度變化值。

圖4 分布式光纖光柵傳感系統原理圖

圖5 可調諧脈沖激光波長解調原理圖