基于光电缆的分布式温度传感网络的实验研究
光电缆内部温度场分布如图2 所示，由图2 可知温度场关于直线y=x 对称。图3 为沿直线y=x 的路径温度曲线。由图可知光栅所在位置和电缆内部温度极为接近，所以光栅所测温度能够直接地反映出电缆的温度。
图2 光电缆截面温度场节点云图
图3 光电缆截面y=x 方向温度曲线
2 解调系统原理与理论分析
实验系统是一种基于可调谐激光器的新型分布式光纤光栅传感系统，系统原理图如图4 所示。该系统具有多个中心波长均为1 550 nm 的相同光栅，待测区域中每隔30 m 放置一个封装的光栅。由于电缆接头部分最容易发热，所以在使用电缆的时候在光电缆的接头位置最好也加上光栅，以便实时了解电缆接头部分的运行状况。
系统选用的是可调谐脉冲激光器，其扫描周期为T=0.25 s，如图5(a)所示。扫描范围是1 545~1 555 nm，激光脉冲的线宽是0.18 nm，如图5(b)所示。窄带脉冲激光通过耦合器送至光栅传感器里。图5(d)表示的是如果光栅温度没有变化时，只有1 550 nm 的光会反射回来。如果光栅的温度发生变化，则光栅的中心波长也会相应地发生变化，并且对应的脉冲光也会被反射回来。图5(c)和图5(e)分别对应的是光栅降温和升温的两种不同情况。通过光电探测器将光信号转换为电压波形，高速采集卡以500 Mps 的采样速率对电信号进行采样。数据处理系统发出电压信号来控制激光器，并且比较这些电压信号和采集到的信号。利用工业级主板，程序会计算出光纤光栅的偏移量，该偏移量线性对应于光栅的温度变化。图5(f)表示的是对应于不同中心波长光信号的电信号图。此外，不同位置的光信号返回的时间差不同，相邻光栅的时间间隔是200ns。通过测量和计算返回光的时间间隔，可以得到光栅温度发生变化的位置和温度变化值。
图5 可调谐脉冲激光波长解调原理图
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