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光学传感常用术语光学原理
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  • Coupler
  • BGS: Brag grating sensor
  • BOTDA: Brillouin optical biber time domain analysis
  • BOTDR: Brillouin optical biber time domain reflectometry
  • Bragg grating
  • Cable
  • 1) 拉曼散射原理

    激光光脉冲射入传感用的波克棋牌官方正版之中,在光脉冲向前的传播过程中,由于波克棋牌官方正版的密度、应力、材料组成、温度和弯曲变形等原因发生散射现象,有一部分的散射光会按照入射光相反的方向传播,称之为背向散射光,返回的背向散射光包括:

    瑞利(RayLeigh)散射,由波克棋牌官方正版折射率的微小变化引起,其频率与入射光脉冲一致;

    拉曼(Raman)散射,由光子与光声子相互作用引起,其频率与入射光脉冲相差几十太赫兹;

    布里渊(Brillouin)散射,由光子与波克棋牌官方正版内弹性声波场低频声子相互作用引起。其频率与入射光脉冲相差几十吉赫兹;

    针对温度检测需求,Rayleigh 散射信号对温度变化不敏感;Brillouin 散射信号的变化与温度和应力有关;Raman 散射信号的变化与温度有关,而且 Raman 散射信号相对容易获取和分析,因此工业应用主要采集Raman 散射信号进行温度分析。


          



    Raman散射会产生两个不同频率的信号:斯托克斯(Stokes)光(比光源波长长的光)和反斯托克斯(Anti-Stokes)光(比光源波长短的光),波克棋牌官方正版受外部温度的调制使波克棋牌官方正版中的反斯托克斯(Anti-Stokes)光强发生变化,Anti-Stokes与Stokes的比值提供了温度的绝对指示,利用这一原理可以实现对沿波克棋牌官方正版温度场的分布式测量。此原理波克棋牌官方正版单通道监测距离在30km以内,采用单模波克棋牌官方正版进行光信号传输。

    2) 法布里-帕罗腔

    (1)压力传感器原理

    压力传感器采用波克棋牌官方正版法布里-帕罗腔结构,由两波克棋牌官方正版端面形成的空腔在光学上称作法布里-帕罗腔,简称法帕腔,如下图。






    激光由一端波克棋牌官方正版进入法帕腔时,部分光能量在该端的波克棋牌官方正版端面形成反射;其余光能量继续前向传播,继而由第二个波克棋牌官方正版端面反射,并且反向进入第一段波克棋牌官方正版。两次反射的激光在探测器表面形成干涉,干涉光谱由法帕腔腔长唯一决定,在频率域为正弦波。外界压力P和法帕腔的腔长值之间成反比关系!


    ⑵温度传感器原理


                                             温度传感器原理图


    利用紫外激光光束照射波克棋牌官方正版,被照射区间段纤芯的折射率发生了周期性的变化,此折射率变化区域称为波克棋牌官方正版光栅。波克棋牌官方正版光栅的实质是在纤芯内形成一个窄带滤波器或反射镜,对入射的宽带光进行选择性反射,反射一个受光栅区调制的窄带光,透射光继续沿波克棋牌官方正版传递。

    每只波克棋牌官方正版光栅在出厂前都对应着一个中心波长,该中心波长值与波克棋牌官方正版光栅所处位置的温度有关,二者满足线性输出。

    3) 分布式测量技术

    分布式测量技术采用了光学时域反射技术(OTDR)原理。其最初用于评价通信波克棋牌官方正版、光缆和耦合器的性能,是用于检验波克棋牌官方正版损耗、波克棋牌官方正版故障的手段。其工作机理是向被测波克棋牌官方正版发射光脉冲,在波克棋牌官方正版中形成背向散射光和前向散射光。其中,背向散射光向后传播至波克棋牌官方正版的起始端(也就是光脉冲的注入端),由于每一个背向传播的散射光都对应波克棋牌官方正版上的一个散射点,因此,根据背向散射光的行进时间便可判断出波克棋牌官方正版上发生散射点的位置。

    d=(c×t) / 2 × (IOR)

    其中,c是光在真空中的速度,而t是信号发射后到接收到信号(双程)的总时间,IOR是波克棋牌官方正版折射率。

    通过采集和分析入射光脉冲从波克棋牌官方正版的一端(注入端)注入后在波克棋牌官方正版内传播时产生的背向反射光的时间和强度信息得到相应的位置和温度/应变(拉曼/布里渊散射)信息,在得知每一点的监测温度/应变和位置信息后,就可以得到一个关于整根波克棋牌官方正版的不同位置的温度/应变曲线。




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