光纖溫度傳感器在電力系統中的應用現狀綜述

李明

【摘要】隨著光纖溫度傳感器應用的不斷發展，研究其在電力系統中的應用現狀凸顯出重要意義。本文首先對相關內容做了概述，分析了不同光纖溫度傳感器的原理和研究現狀。在探討電力系統中常用光纖溫度傳感器的基礎上，從多方面研究了其在電力系統中的應用。

【關鍵詞】光纖；溫度傳感器；電力系統；應用現狀

一、前言

作為一種實際運用效果良好的傳感器，光纖溫度傳感器在近期得到了長足的發展和進步。研究其在電力系統中的應用現狀，能夠更好地提升光纖溫度傳感器的實際運用效果，從而保證電力系統的可靠性。

二、概述

光纖溫度傳感器是一種我們經常運用的可以進行測量的測量儀器，它的應用范圍可以說十分廣泛。光纖溫度傳感器就是運用高分子溫敏材料覆蓋在我們的光纖外面，但是這個高分子溫敏材料必須要與我們光纖的折射率有關。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受到溫度的影響，如果收到了不同的溫度其折射率也將會發生不同的變化，所以其輸出的光功率與我們的溫度存在著一個函數關系。它最基本的本質就是運用我們光纖中傳輸光波的振幅、相位、波長等特征對外界的環境因素的敏感特性。光纖溫度傳感器原理主要有物性型光纖傳感器原理和結構型光纖傳感器原理。其物性型光纖傳感器原理就是運用我們的光纖對當前環境的感性變化進行輸入，并且將我們輸入后的物理量等變為我們的光信號，它的工作原理是基于我們的光纖光調制效應，它是利用的外界因素改變時，其傳光的特性發生變化。因此，如果能測出通過光纖的光相位、光強變化，就可以知道被測物理量的變化。這類傳感器又被稱為敏感元件型或功能型光纖傳感器。結構型光纖傳感器是由光檢測元件與光纖傳輸回路及測量電路所組成的測量系統。其中光纖僅作為光的傳播媒質，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，通常用在檢測空間溫度分布的系統，其原理最早于1981年提出，后隨著科學家的實驗研究，最終研制出了此項技術。這種傳感器原理發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展，因此未來的傳感器研究熱點，將放在對基于喇曼散射的新分布式光纖傳感器的研究上。在我國也有很多大學展開了對分布式光纖溫度傳感器的研究。

2.光纖熒光溫度傳感器

當前最熱門的研究，就是針對光纖熒光溫度傳感器，其是利用熒光的材料會發光的特性，來檢測發光區域的溫度。這種熒光的材料通常在受到紫外線或紅外線的刺激時，就會出現發光的情況，發射出的光參數和溫度是有著必然聯系的，因此可以通過檢測熒光強度來測試溫度。

四、電力系統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，物質受熱時會發出一定的熱輻射，輻射量的大小取決于該物質的溫度和材料的輻射系數。當溫度為230℃時，理想黑體開始出現暗紅色輻射，亮度隨著溫度的增加而增強。光纖熱輻射高溫傳感器由高溫探頭，高低溫光纖耦合器，信號檢測和處理系統組成。當它被放于被測溫度場中，黑體腔通過開口處向外輻射能量，輻射能量經過高低溫光纖耦合器后，由低溫低損耗光纖傳輸到信號檢測系統和處理系統。

2.半導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體物質（如GaAs）具有極陡的吸收光譜，波長與吸收端長的光可透過半導體，短的則被吸收。當溫度升高時，本征吸收波長變大，透射率曲線向長波長方向移動，但形狀不變；反之，當溫度降低時，本征吸收波長變小，透射率曲線保持形狀不變而向短波長方向移動。當光源的光譜輻射強度不變時，GaAs總透射率就隨其溫度發生變化，溫度越高，總透射率越低。通過測量透過GaAs的光的強弱即可達到測溫的目的。通過研磨拋光將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

當物體受到光或放射線照射時，其原子便處于受激狀態。當原子回復至初始狀態時隨機發出熒光，且熒光的強度和輻射光的能量成正比，根據熒光的強度可以檢測溫度。而激勵撤消后，熒光余暉的持續性取決于熒光物質特性、環境溫度等因素，這種受激發熒光通常是按指數方式衰減的，我們稱衰減的時間常數為熒光壽命或熒光余暉時間。我們發現，在不同的環境溫度下，熒光余暉衰減也不同。因此也通過測量熒光余暉壽命的長短，來檢測當時的環境溫度。

五、光纖溫度傳感器在電力系統中的應用

1.利用法拉第效應的光纖電流（磁場）傳感器

根據法拉第效應，由電流所產生的磁場會引起在該磁場中的光纖（或法拉第晶體）中線偏振光的旋轉，監測偏轉角的大小可以得到對應的電流（磁場）數值。而利用法拉第效應的光纖電流（磁場）傳感器，其使得信息在傳輸過程中，光從激光器發出的激光束經起偏器變成線偏振光，再經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體（或套在等離子束流）上。經信號處理系統處理，得到與被電流（磁場）有關的信號。相對于傳統的傳輸方式而言，光纖電流（磁場）傳感器其無疑大大提升了信息傳輸的穩定性與安全性，并且借助于光纖技術本身的測量范圍大以及響應速度快等優勢，使得本身的使用效率以及監測結果得到了顯著地提升。

2.光纖傳感器在我國電力系統光纜監測中的應用

電力系統光纜種類繁多，加之我國地域廣闊，各地環境差異很大，不同的地貌因素以及天氣自然狀況對于光纜本身的要求也存在一定的差異性。并且部分高山地區或是雷電多發地區，其本身的強烈的電磁場無疑會感染到信息的傳輸以及傳感器本身對于電纜的監測狀況。其雖然能夠取代傳統的人工監測所帶來成本負擔，提升了傳統光纜監測效率，但是其本身對于環境要求較高，特別是瑞利散射光基本不受溫度和應力等外界條件的影響，由此也降低了在實際應用的效果。

3.光纖傳感器在高壓電纜溫度和應變測量中的應用

在我國由于整體技術上不太成熟，僅僅是小范圍的使用，并沒有充分在全國各個區域充分實施與鋪開。聯系到我國南方地區所遭受到的雪災來考慮，若能夠在當時就應用現有的分布式光纖傳感技術無疑能夠在如此惡劣的條件下，對于電纜系統進行切實有效的監測，從而能夠對存在故障的電纜在第一時間發現以及維修，從而第一時間避免了故障所帶來的后續危害性，更好的保證了整體電纜系統運行的穩定性和有效性，由此可見光纖傳感器在電力系統將具有廣泛的應用前景和應用價值。

六、結束語

通過對光纖溫度傳感器在電力系統中應用現狀的相關研究，我們可以發現，得益于光纖溫度傳感器的多重優勢特點，其在電力系統中的應用還是較為深刻的，有關人員應該從電力系統的客觀實際出發，制定最為優化的運用方案。

參考文獻

[1] 陳繼宣，龔華平，張在宣.光纖傳感器的工程應用及發展趨勢[J].光通信技術.2010（10）：88-89.

[2] 張朋，王寧，陳艷，王海燕.光纖傳感器的發展與應用[J].現代物理知識.2012（02）：25-28.

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