当一个光脉冲从光纤的一端射入光纤时, 这个光脉冲会沿着光纤向前传播。因光纤内壁类似镜子, 故光脉在传播中的每一点都会产生反射, 反射之中有一小部分的反射光, 其方向正好与入射光的方向相反( 亦可称为背向) 。这种背向反射光的强度与光线中的反射点的温度有一定的相关关系。反射点的温度( 该点的光纤的环境温度) 越高, 反射光的强度也越大。
中心谱线为瑞利散射谱线, 低频一侧频率为( V 0-V) 、波长为 s 的谱线称为斯托克斯线( stokes) , 高频一侧频率为( V 0+ V) 、波长为 a 的谱线,称为反斯托克斯线( Anti- stokes) 。根据拉曼散射理论, 在自然拉曼散射条件下, 反斯托克斯光强 Ia 于斯托克斯光强 Is 的比值 R( r) 为R ( r ) = I a/ Is= ( s/ a) 4ex p ( - hcV 0/ kT )。式中: h普朗克常数;c真空中的光速;k波尔兹曼常数;T温度。
式中可以看出, R( r) 仅与温度 T 有关,而与光强、入射条件、光纤几何尺寸及光纤成分无关。据此, 我们可以借助探测反斯托克斯及斯托克斯后向拉曼散射光强之比值来实现温度测量, 利用该原理的温度传感检测原理。另外, 利用 OTDR 技术, 还可以确定光纤长度损耗和光纤故障点、断点的位置。光纤温度传感原理的主要依据是光纤的光时域反射( OTDR: Optical T ime Domain Reflectome try) 原理以及光纤的背向拉曼散射( Raman Scat tering) 温度效应。
探头光纤, 抗干扰性能强, 绝缘性能好, 无击穿、烧毁等电子传感器, 有电路通道, 极易受电磁干扰, 对与问题。高压设备的绝缘要求特别高。检修维护很难。检测信号输出光信号, 不受电力设备的电磁干扰。弱电信号, 极易受到电磁干扰。
信号通道光纤, 探头与信号通道一体, 不怕干扰, 不怕高压,电路, 对与高压设备的绝缘要求特别高。检修维系统简单安全。护很难。