導(dǎo)讀：

近年來，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。光纖測溫、測壓、測振早已是成熟技術(shù)，尤其光纖分布式測溫（DTS），相比于傳統(tǒng)電測量，具有長期可靠、不受電磁干擾、測量精度高等特點，被廣泛運用于油井、隧道、核反應(yīng)，以及航空航天等重要領(lǐng)域。德國art photonics生產(chǎn)金屬涂層光纖工作溫度可達800°C，已成功在上述領(lǐng)域得到廣泛使用。

內(nèi)容：

DTS測溫原理：

DTS（Distributed Temperature Sensing）分布式光纖測溫，可使用長度超過數(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)來測量溫度，通過光纖發(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。拉曼散射的強度是沿著光纖測量的溫度，隨著溫度的變化，反斯托克斯拉曼信號的幅度會明顯地變化，拉曼－斯托克斯信號相對穩(wěn)定。溫度讀數(shù)的位置可通過測量反射光信號到達接收器的時間來進行確定，這種方法被稱為OTDR（光時域反射技術(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測溫原理

DTS測溫光纖，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脂涂層，它的使用溫度為－60°C －85°C， 如果長時間在高于85°C環(huán)境下工作，涂層會發(fā)生熱老化，特別是在有O2存在的環(huán)境下會發(fā)生熱氧老化，加速涂層高分子鏈的斷裂過程，從而使涂層失去保護光纖的作用，無法阻止水分子侵入光纖，加速光纖的疲勞過程，致使光纖表面微裂紋擴張導(dǎo)致光纖失效。對于惡劣環(huán)境，高溫環(huán)境下光纖測溫，多采用金屬涂層光纖測溫方案。

德國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，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)在機械性能，其抗拉強度達GPa級（＞3GPa），以及100％耐濕性。

該公司生產(chǎn)鍍銅光纖已成功在發(fā)動機上實現(xiàn)DTS分布式測溫，測溫示意圖見下圖示。脈沖激光通過一段距離光纖傳導(dǎo)進測溫光纜，攜帶溫度變化信息拉曼散射光，斯托克與反斯托克，進過分光后，分別被光電探測器接收，轉(zhuǎn)為電信號，經(jīng)采集卡采集并數(shù)據(jù)處理，上位機實時顯示測量溫度信息。

圖發(fā)動機DTS測溫示意圖

圖測溫系統(tǒng)組成

測溫光纖采用50μm纖芯鍍銅光纖，長度30m左右，測溫系統(tǒng)分辨率在1cm。下圖為德國art photonics金屬涂層光纖實物圖。

圖左邊鍍鋁光纖，右邊鍍銅光纖實物

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

圖鍍銅光纖外加不銹鋼保護套

德國art photonics鍍銅光纖除了在發(fā)動機上運用，還可用在冶金過程中的高溫環(huán)境溫度的探測，高溫油氣井的傳感探測，低溫環(huán)境下溫度探測，高真空或高壓環(huán)境下的使用，航天以及船舶領(lǐng)域。德國art photonics公司在大陸區(qū)辦事處為深圳唯銳科技，公司致力于引進國外先進性與創(chuàng)新性的光電技術(shù)可靠產(chǎn)品，為國內(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)，助力中國智造與中國創(chuàng)造。