李明

【摘要】隨著光纖溫度傳感器應(yīng)用的不斷發(fā)展，研究其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀凸顯出重要意義。本文首先對(duì)相關(guān)內(nèi)容做了概述，分析了不同光纖溫度傳感器的原理和研究現(xiàn)狀。在探討電力系統(tǒng)中常用光纖溫度傳感器的基礎(chǔ)上，從多方面研究了其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】光纖；溫度傳感器；電力系統(tǒng)；應(yīng)用現(xiàn)狀

一、前言

作為一種實(shí)際運(yùn)用效果良好的傳感器，光纖溫度傳感器在近期得到了長(zhǎng)足的發(fā)展和進(jìn)步。研究其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，能夠更好地提升光纖溫度傳感器的實(shí)際運(yùn)用效果，從而保證電力系統(tǒng)的可靠性。

二、概述

光纖溫度傳感器是一種我們經(jīng)常運(yùn)用的可以進(jìn)行測(cè)量的測(cè)量?jī)x器，它的應(yīng)用范圍可以說(shuō)十分廣泛。光纖溫度傳感器就是運(yùn)用高分子溫敏材料覆蓋在我們的光纖外面，但是這個(gè)高分子溫敏材料必須要與我們光纖的折射率有關(guān)。這種材料覆蓋在光纖外面后，就將我們的光從一根光纖輸入另一根光纖輸出，這種溫敏材料往往會(huì)受到溫度的影響，如果收到了不同的溫度其折射率也將會(huì)發(fā)生不同的變化，所以其輸出的光功率與我們的溫度存在著一個(gè)函數(shù)關(guān)系。它最基本的本質(zhì)就是運(yùn)用我們光纖中傳輸光波的振幅、相位、波長(zhǎng)等特征對(duì)外界的環(huán)境因素的敏感特性。光纖溫度傳感器原理主要有物性型光纖傳感器原理和結(jié)構(gòu)型光纖傳感器原理。其物性型光纖傳感器原理就是運(yùn)用我們的光纖對(duì)當(dāng)前環(huán)境的感性變化進(jìn)行輸入，并且將我們輸入后的物理量等變?yōu)槲覀兊墓庑盘?hào)，它的工作原理是基于我們的光纖光調(diào)制效應(yīng)，它是利用的外界因素改變時(shí)，其傳光的特性發(fā)生變化。因此，如果能測(cè)出通過(guò)光纖的光相位、光強(qiáng)變化，就可以知道被測(cè)物理量的變化。這類傳感器又被稱為敏感元件型或功能型光纖傳感器。結(jié)構(gòu)型光纖傳感器是由光檢測(cè)元件與光纖傳輸回路及測(cè)量電路所組成的測(cè)量系統(tǒng)。其中光纖僅作為光的傳播媒質(zhì)，所以又稱為傳光型或非功能型光纖傳感器。

三、不同光纖溫度傳感器的原理和研究現(xiàn)狀

1.分布式光纖溫度傳感器

分布式光纖溫度傳感器，通常用在檢測(cè)空間溫度分布的系統(tǒng)，其原理最早于1981年提出，后隨著科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)研究，最終研制出了此項(xiàng)技術(shù)。這種傳感器原理發(fā)展是基于三種傳感器的研究，分別是瑞利散射、布里淵散射、喇曼散射。在瑞利散射和布里淵散射的研究已取得了很大的進(jìn)展，因此未來(lái)的傳感器研究熱點(diǎn)，將放在對(duì)基于喇曼散射的新分布式光纖傳感器的研究上。在我國(guó)也有很多大學(xué)展開(kāi)了對(duì)分布式光纖溫度傳感器的研究。

2.光纖熒光溫度傳感器

當(dāng)前最熱門的研究，就是針對(duì)光纖熒光溫度傳感器，其是利用熒光的材料會(huì)發(fā)光的特性，來(lái)檢測(cè)發(fā)光區(qū)域的溫度。這種熒光的材料通常在受到紫外線或紅外線的刺激時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)發(fā)光的情況，發(fā)射出的光參數(shù)和溫度是有著必然聯(lián)系的，因此可以通過(guò)檢測(cè)熒光強(qiáng)度來(lái)測(cè)試溫度。

四、電力系統(tǒng)中常用的幾種光纖溫度傳感器

1.熱輻射光纖高溫傳感器

它的原理是黑體輻射定律，物質(zhì)受熱時(shí)會(huì)發(fā)出一定的熱輻射，輻射量的大小取決于該物質(zhì)的溫度和材料的輻射系數(shù)。當(dāng)溫度為230℃時(shí)，理想黑體開(kāi)始出現(xiàn)暗紅色輻射，亮度隨著溫度的增加而增強(qiáng)。光纖熱輻射高溫傳感器由高溫探頭，高低溫光纖耦合器，信號(hào)檢測(cè)和處理系統(tǒng)組成。當(dāng)它被放于被測(cè)溫度場(chǎng)中，黑體腔通過(guò)開(kāi)口處向外輻射能量，輻射能量經(jīng)過(guò)高低溫光纖耦合器后，由低溫低損耗光纖傳輸?shù)叫盘?hào)檢測(cè)系統(tǒng)和處理系統(tǒng)。

2.半導(dǎo)體吸收式溫度傳感器

這種傳感器的基本原理是利用有些半導(dǎo)體物質(zhì)（如GaAs）具有極陡的吸收光譜，波長(zhǎng)與吸收端長(zhǎng)的光可透過(guò)半導(dǎo)體，短的則被吸收。當(dāng)溫度升高時(shí)，本征吸收波長(zhǎng)變大，透射率曲線向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向移動(dòng)，但形狀不變；反之，當(dāng)溫度降低時(shí)，本征吸收波長(zhǎng)變小，透射率曲線保持形狀不變而向短波長(zhǎng)方向移動(dòng)。當(dāng)光源的光譜輻射強(qiáng)度不變時(shí)，GaAs總透射率就隨其溫度發(fā)生變化，溫度越高，總透射率越低。通過(guò)測(cè)量透過(guò)GaAs的光的強(qiáng)弱即可達(dá)到測(cè)溫的目的。通過(guò)研磨拋光將GaAs加工成很薄的薄片，其入射光和出射光用光纖耦合，這就是半導(dǎo)體吸收式光纖溫度傳感器的基本原理。

3.光纖熒光溫度傳感器

當(dāng)物體受到光或放射線照射時(shí)，其原子便處于受激狀態(tài)。當(dāng)原子回復(fù)至初始狀態(tài)時(shí)隨機(jī)發(fā)出熒光，且熒光的強(qiáng)度和輻射光的能量成正比，根據(jù)熒光的強(qiáng)度可以檢測(cè)溫度。而激勵(lì)撤消后，熒光余暉的持續(xù)性取決于熒光物質(zhì)特性、環(huán)境溫度等因素，這種受激發(fā)熒光通常是按指數(shù)方式衰減的，我們稱衰減的時(shí)間常數(shù)為熒光壽命或熒光余暉時(shí)間。我們發(fā)現(xiàn)，在不同的環(huán)境溫度下，熒光余暉衰減也不同。因此也通過(guò)測(cè)量熒光余暉壽命的長(zhǎng)短，來(lái)檢測(cè)當(dāng)時(shí)的環(huán)境溫度。

五、光纖溫度傳感器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.利用法拉第效應(yīng)的光纖電流（磁場(chǎng)）傳感器

根據(jù)法拉第效應(yīng)，由電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)引起在該磁場(chǎng)中的光纖（或法拉第晶體）中線偏振光的旋轉(zhuǎn)，監(jiān)測(cè)偏轉(zhuǎn)角的大小可以得到對(duì)應(yīng)的電流（磁場(chǎng)）數(shù)值。而利用法拉第效應(yīng)的光纖電流（磁場(chǎng)）傳感器，其使得信息在傳輸過(guò)程中，光從激光器發(fā)出的激光束經(jīng)起偏器變成線偏振光，再經(jīng)顯微物鏡聚焦耦合到單模光纖中。單模光纖繞在高壓載流導(dǎo)體（或套在等離子束流）上。經(jīng)信號(hào)處理系統(tǒng)處理，得到與被電流（磁場(chǎng)）有關(guān)的信號(hào)。相對(duì)于傳統(tǒng)的傳輸方式而言，光纖電流（磁場(chǎng)）傳感器其無(wú)疑大大提升了信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性與安全性，并且借助于光纖技術(shù)本身的測(cè)量范圍大以及響應(yīng)速度快等優(yōu)勢(shì)，使得本身的使用效率以及監(jiān)測(cè)結(jié)果得到了顯著地提升。

2.光纖傳感器在我國(guó)電力系統(tǒng)光纜監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

電力系統(tǒng)光纜種類繁多，加之我國(guó)地域廣闊，各地環(huán)境差異很大，不同的地貌因素以及天氣自然狀況對(duì)于光纜本身的要求也存在一定的差異性。并且部分高山地區(qū)或是雷電多發(fā)地區(qū)，其本身的強(qiáng)烈的電磁場(chǎng)無(wú)疑會(huì)感染到信息的傳輸以及傳感器本身對(duì)于電纜的監(jiān)測(cè)狀況。其雖然能夠取代傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)所帶來(lái)成本負(fù)擔(dān)，提升了傳統(tǒng)光纜監(jiān)測(cè)效率，但是其本身對(duì)于環(huán)境要求較高，特別是瑞利散射光基本不受溫度和應(yīng)力等外界條件的影響，由此也降低了在實(shí)際應(yīng)用的效果。

3.光纖傳感器在高壓電纜溫度和應(yīng)變測(cè)量中的應(yīng)用

在我國(guó)由于整體技術(shù)上不太成熟，僅僅是小范圍的使用，并沒(méi)有充分在全國(guó)各個(gè)區(qū)域充分實(shí)施與鋪開(kāi)。聯(lián)系到我國(guó)南方地區(qū)所遭受到的雪災(zāi)來(lái)考慮，若能夠在當(dāng)時(shí)就應(yīng)用現(xiàn)有的分布式光纖傳感技術(shù)無(wú)疑能夠在如此惡劣的條件下，對(duì)于電纜系統(tǒng)進(jìn)行切實(shí)有效的監(jiān)測(cè)，從而能夠?qū)Υ嬖诠收系碾娎|在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)以及維修，從而第一時(shí)間避免了故障所帶來(lái)的后續(xù)危害性，更好的保證了整體電纜系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和有效性，由此可見(jiàn)光纖傳感器在電力系統(tǒng)將具有廣泛的應(yīng)用前景和應(yīng)用價(jià)值。

六、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)光纖溫度傳感器在電力系統(tǒng)中應(yīng)用現(xiàn)狀的相關(guān)研究，我們可以發(fā)現(xiàn)，得益于光纖溫度傳感器的多重優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用還是較為深刻的，有關(guān)人員應(yīng)該從電力系統(tǒng)的客觀實(shí)際出發(fā)，制定最為優(yōu)化的運(yùn)用方案。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳繼宣，龔華平，張?jiān)谛?光纖傳感器的工程應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)[J].光通信技術(shù).2010（10）：88-89.

[2] 張朋，王寧，陳艷，王海燕.光纖傳感器的發(fā)展與應(yīng)用[J].現(xiàn)代物理知識(shí).2012（02）：25-28.

[3] 唐宇，劉傳菊.光纖傳感器及其研究現(xiàn)狀[J].科技資訊.2013（07）：102-103.