分布式光纤喇曼温度传感器(DOFS)是一种应用于实时监测的温度传感技术,具备抗电磁干扰和耐腐蚀等特性,在电力、石油、矿业等多个行业的温度监测中发挥着重要作用。然而,DOFS系统的部件,尤其是雪崩光电二极管(APD),易受到环境温度变化的影响,导致温度漂移,进而影响测量结果的准确性。传统的解决方法通常会增加额外的恒温装置或通过温度控制来调整偏压,但这样做会提高系统的功耗和成本。
为了解决这一问题,研究者提出了一种新的技术方案,即采用智能温度补偿电路来对APD的反偏电压进行温度补偿。这种方法的核心在于智能温度补偿电路能够根据环境温度的变化自动调节APD的反偏电压,从而抵消温度变化对APD带来的不利影响。这种智能温度补偿电路具有功耗低、成本低和可靠性高等优点,与传统的恒温装置相比,它能有效降低系统的功耗和成本。
智能温度补偿电路相较于使用热敏电阻的温度补偿电路,在温度补偿线性上表现更好,且温度补偿系数的设置更加灵活,能够通过软件实时调整,适应不同类型的APD。实验表明,采用智能温度补偿电路的DOFS系统能够在0℃至60℃的环境温度范围内,将由于温度漂移引起的测量偏差控制在-0.1℃之内,保障了系统的稳定性和准确性。
DOFS系统工作原理主要是利用光纤中的喇曼散射效应进行温度传感。在系统中,激光驱动器驱动激光二极管发出窄脉冲泵浦激光,通过光纤双向耦合器进入本征型测温光纤。光波分复用器接收从双向耦合器返回的背向散射光,将其分解为斯托克斯和反斯托克斯喇曼背向散射光,并分别送给两路光电接收放大器。之后,信号处理器对这两路光电接收放大器送出的模拟电信号进行逐点采集,并将模拟信号转换为数字信号送给计算机进行数据处理、解调、定标,最终恢复出测温光纤上的温度信息。
在这个过程中,反斯托克斯喇曼散射光被用作测量温度信号通道,而斯托克斯喇曼散射光作为测量温度的参考通道。系统的测温表达式可以根据波耳兹曼常量、普朗克常量、光纤声子的振动频率、光纤长度等参数来确定温度值。
整体来看,智能温度补偿电路的应用显著提升了DOFS系统的性能,使之在更宽的温度范围内保持高精度的温度测量能力,且大幅降低了系统在实际应用中的功耗和成本,对于温度监测技术的发展具有重要的意义。