一提起大壩，人們的直觀反應是鋼筋混凝土的笨重的龐然大物，但是，云南省的溪洛渡大壩(如圖1)卻憑著智能化建設協(xié)同平臺這一“大腦"，指揮著埋藏在壩身內約8000個監(jiān)測原件、2.4萬米測溫光纖和2萬根水管，被稱為“聰明的大壩"，其測溫光纖好似大壩的“溫度計"，有什么“頭疼腦熱"能夠自動感知，創(chuàng)下了澆筑混凝土680萬立方米未出現(xiàn)溫度裂縫的紀錄。
圖1 溪洛渡大壩(圖片來自網(wǎng)絡)
光纖測溫技術是利用光纖的溫敏特性，當光纖周圍任何一處地點的溫度發(fā)生變化時，光纖都能很快地感應到這種變化。光纖既能對釆空區(qū)內的溫度進行采集，又能將采集的信息通過自身進行傳輸。由于光纖傳感器是以光纖作為測量溫度元件的，所以只要光纖能鋪設到的地方，光纖行徑上的所有溫度情況都能被監(jiān)測，這也就實現(xiàn)了分布式測量，且光纖的長度可以根據(jù)實際需要進行擴展。光纖的質量比較輕，鋪設容易，溫度測量誤差一般不大于1℃，比傳統(tǒng)的溫度傳感器的性價比更高。
分布式光纖火災預警系統(tǒng)利用光纖的光時域效應，可以對發(fā)生火災發(fā)生位置進行準確定位，這是現(xiàn)有的釆空區(qū)火災監(jiān)測技術所不具備的。因此測溫光纖也常常被用在電力電纜(如圖2)、煤礦地下氣化系統(tǒng)等領域來預防火災的發(fā)生。
圖2 測溫光纖在電力電纜上的應用
分布式光纖拉曼測溫技術利用光纖中的自發(fā)拉曼散射效應結合光時域反射技術實現(xiàn)溫度測量，具有抗電磁干擾、耐高壓、靈敏度高等優(yōu)點。但光纖損耗及色散對測溫準確度有較大的影響，現(xiàn)有的解調方法存在測量速度較低和使用靈活性較弱的問題。
近日，太原理工大學張明江博士課題組提出并實驗證明了一種用于分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)的自補償光纖損耗及色散的溫度解調方法，降低了系統(tǒng)運行時間，提高了系統(tǒng)測溫準確度，且其使用靈活性較強。實驗結果顯示，在5.8 km的光纖傳感距離上，溫度波動范圍從9.01 ℃下降到0.57 ℃，測溫準確度從5.5 ℃優(yōu)化至0.87 ℃。相關研究成果發(fā)表在《中國激光》2017年第3期上。
圖3 分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)
研究方案如圖3所示，利用雙段光纖散射信號強度差分法對光纖中自發(fā)產生的斯托克斯與反斯托克斯后向散射光進行損耗修正后，系統(tǒng)可以直接利用修正后的光強比值曲線解調溫度信息，無需在測溫前進行定標處理，降低了系統(tǒng)運行時間。然后，采用色散補償平移算法對斯托克斯后向散射光的位置點進行修正，獲得與反斯托克斯后向散射信號位置相同處的斯托克斯后向散射信號強度，降低了光纖色散的影響，進而提高了系統(tǒng)的測溫準確度。
研究人員表示后續(xù)將著重放在瑞利噪聲、系統(tǒng)相干噪聲的抑制，及模極大值小波去噪的工作上，實現(xiàn)長距離、高精度的分布式光纖拉曼傳感。
參考文獻： 中國光學期刊網(wǎng)
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