Измерение температуры на основе рамановского обратного рассеяния

Температурная зависимость флуоресценции также является средством, позволяющим производить распределенные измерения температуры.

image122

Для этого необходимо ввести в волокно активирующие примеси с короткой продолжительностью флуоресценции, что позволяет добиться хорошего пространственного разрешения, обычно получаемого в системах на основе OTDR. Для распределенных измерений на основе флуоресценции было предложено активировать полимерные волокна путем ввода органических лазерных красителей.

Измерение температуры на основе рамановского обратного рассеяния.

Измерение температуры распределенным волоконно-оптическим датчиком на основании температурной зависимости комбинационного рассеяния было предложено и впервые продемонстрировано в середине 1980-х годов. К настоящему времени такой датчик выпускается серийно. Процесс комбинационного рассеяния порождает составляющие в широкой полосе длин волн вокруг длины волны возбуждения (накачки), включая стоксово (фотоны с энергией ниже Xs) и антистоксово (фотоны с энергией выше А5) излучение. Максимумы интенсивности рамановского спектра, как показано на 11.5, приходятся на волновые числа, сдвинутые на ~ ±400 см-1, при которых отношение Rr интенсивности стоксова и антистоксова излучения в обратном рассеянии определяется формулой, где h — постоянная Планка, с — скорость света, v — оптическая частота возбуждающего излучения, к — постоянная Больцмана и Т — абсолютная температура. При длине волны накачки 514 нм, при комнатной температуре величина этого отношения составляет ~ 0,15 и изменяется с изменением температуры примерно на 0,8%/°С в диапазоне от 0 до 100 °С. Рамановское обратное рассеяние регистрируется при помощи модифицированного метода OTDR, в котором анализируется соотношение уровней стоксова и антистоксова излучения в обратном рассеянии. Такой подход применим при длине волокна, превышающей

image123

~1 км, и обеспечивает разрешение по температуре ~ ±1 °С и пространственное разрешение от 3 до 10 м. Основной недостаток этого метода заключается в том, что из-за низкого коэффициента рамановского рассеяния, примерно на три порядка более слабого по величине, чем рэлеевское, возникает необходимость использования входного сигнала большой мощности от зондирующего лазера и длительного усреднения регистрируемого сигнала обратного рассеяния.

См. также:  Датчики интенсивности