光纤温度传感器在电力系统中的应用现状综述

李明

【摘要】随着光纤温度传感器应用的不断发展，研究其在电力系统中的应用现状凸显出重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了不同光纤温度传感器的原理和研究现状。在探讨电力系统中常用光纤温度传感器的基础上，从多方面研究了其在电力系统中的应用。

【关键词】光纤；温度传感器；电力系统；应用现状

一、前言

作为一种实际运用效果良好的传感器，光纤温度传感器在近期得到了长足的发展和进步。研究其在电力系统中的应用现状，能够更好地提升光纤温度传感器的实际运用效果，从而保证电力系统的可靠性。

二、概述

光纤温度传感器是一种我们经常运用的可以进行测量的测量仪器，它的应用范围可以说十分广泛。光纤温度传感器就是运用高分子温敏材料覆盖在我们的光纤外面，但是这个高分子温敏材料必须要与我们光纤的折射率有关。这种材料覆盖在光纤外面后，就将我们的光从一根光纤输入另一根光纤输出，这种温敏材料往往会受到温度的影响，如果收到了不同的温度其折射率也将会发生不同的变化，所以其输出的光功率与我们的温度存在着一个函数关系。它最基本的本质就是运用我们光纤中传输光波的振幅、相位、波长等特征对外界的环境因素的敏感特性。光纤温度传感器原理主要有物性型光纤传感器原理和结构型光纤传感器原理。其物性型光纤传感器原理就是运用我们的光纤对当前环境的感性变化进行输入，并且将我们输入后的物理量等变为我们的光信号，它的工作原理是基于我们的光纤光调制效应，它是利用的外界因素改变时，其传光的特性发生变化。因此，如果能测出通过光纤的光相位、光强变化，就可以知道被测物理量的变化。这类传感器又被称为敏感元件型或功能型光纤传感器。结构型光纤传感器是由光检测元件与光纤传输回路及测量电路所组成的测量系统。其中光纤仅作为光的传播媒质，所以又称为传光型或非功能型光纤传感器。

三、不同光纤温度传感器的原理和研究现状

1.分布式光纤温度传感器

分布式光纤温度传感器，通常用在检测空间温度分布的系统，其原理最早于1981年提出，后随着科学家的实验研究，最终研制出了此项技术。这种传感器原理发展是基于三种传感器的研究，分别是瑞利散射、布里渊散射、喇曼散射。在瑞利散射和布里渊散射的研究已取得了很大的进展，因此未来的传感器研究热点，将放在对基于喇曼散射的新分布式光纤传感器的研究上。在我国也有很多大学展开了对分布式光纤温度传感器的研究。

2.光纤荧光温度传感器

当前最热门的研究，就是针对光纤荧光温度传感器，其是利用荧光的材料会发光的特性，来检测发光区域的温度。这种荧光的材料通常在受到紫外线或红外线的刺激时，就会出现发光的情况，发射出的光参数和温度是有着必然联系的，因此可以通过检测荧光强度来测试温度。

四、电力系统中常用的几种光纤温度传感器

1.热辐射光纤高温传感器

它的原理是黑体辐射定律，物质受热时会发出一定的热辐射，辐射量的大小取决于该物质的温度和材料的辐射系数。当温度为230℃时，理想黑体开始出现暗红色辐射，亮度随着温度的增加而增强。光纤热辐射高温传感器由高温探头，高低温光纤耦合器，信号检测和处理系统组成。当它被放于被测温度场中，黑体腔通过开口处向外辐射能量，辐射能量经过高低温光纤耦合器后，由低温低损耗光纤传输到信号检测系统和处理系统。

2.半导体吸收式温度传感器

这种传感器的基本原理是利用有些半导体物质（如GaAs）具有极陡的吸收光谱，波长与吸收端长的光可透过半导体，短的则被吸收。当溫度升高时，本征吸收波长变大，透射率曲线向长波长方向移动，但形状不变；反之，当温度降低时，本征吸收波长变小，透射率曲线保持形状不变而向短波长方向移动。当光源的光谱辐射强度不变时，GaAs总透射率就随其温度发生变化，温度越高，总透射率越低。通过测量透过GaAs的光的强弱即可达到测温的目的。通过研磨抛光将GaAs加工成很薄的薄片，其入射光和出射光用光纤耦合，这就是半导体吸收式光纤温度传感器的基本原理。

3.光纤荧光温度传感器

当物体受到光或放射线照射时，其原子便处于受激状态。当原子回复至初始状态时随机发出荧光，且荧光的强度和辐射光的能量成正比，根据荧光的强度可以检测温度。而激励撤消后，荧光余晖的持续性取决于荧光物质特性、环境温度等因素，这种受激发荧光通常是按指数方式衰减的，我们称衰减的时间常数为荧光寿命或荧光余晖时间。我们发现，在不同的环境温度下，荧光余晖衰减也不同。因此也通过测量荧光余晖寿命的长短，来检测当时的环境温度。

五、光纤温度传感器在电力系统中的应用

1.利用法拉第效应的光纤电流（磁场）传感器

根据法拉第效应，由电流所产生的磁场会引起在该磁场中的光纤（或法拉第晶体）中线偏振光的旋转，监测偏转角的大小可以得到对应的电流（磁场）数值。而利用法拉第效应的光纤电流（磁场）传感器，其使得信息在传输过程中，光从激光器发出的激光束经起偏器变成线偏振光，再经显微物镜聚焦耦合到单模光纤中。单模光纤绕在高压载流导体（或套在等离子束流）上。经信号处理系统处理，得到与被电流（磁场）有关的信号。相对于传统的传输方式而言，光纤电流（磁场）传感器其无疑大大提升了信息传输的稳定性与安全性，并且借助于光纤技术本身的测量范围大以及响应速度快等优势，使得本身的使用效率以及监测结果得到了显著地提升。

2.光纤传感器在我国电力系统光缆监测中的应用

电力系统光缆种类繁多，加之我国地域广阔，各地环境差异很大，不同的地貌因素以及天气自然状况对于光缆本身的要求也存在一定的差异性。并且部分高山地区或是雷电多发地区，其本身的强烈的电磁场无疑会感染到信息的传输以及传感器本身对于电缆的监测状况。其虽然能够取代传统的人工监测所带来成本负担，提升了传统光缆监测效率，但是其本身对于环境要求较高，特别是瑞利散射光基本不受温度和应力等外界条件的影响，由此也降低了在实际应用的效果。

3.光纤传感器在高压电缆温度和应变测量中的应用

在我国由于整体技术上不太成熟，仅仅是小范围的使用，并没有充分在全国各个区域充分实施与铺开。联系到我国南方地区所遭受到的雪灾来考虑，若能够在当时就应用现有的分布式光纤传感技术无疑能够在如此恶劣的条件下，对于电缆系统进行切实有效的监测，从而能够对存在故障的电缆在第一时间发现以及维修，从而第一时间避免了故障所带来的后续危害性，更好的保证了整体电缆系统运行的稳定性和有效性，由此可见光纤传感器在电力系统将具有广泛的应用前景和应用价值。

六、结束语

通过对光纤温度传感器在电力系统中应用现状的相关研究，我们可以发现，得益于光纤温度传感器的多重优势特点，其在电力系统中的应用还是较为深刻的，有关人员应该从电力系统的客观实际出发，制定最为优化的运用方案。

参考文献

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