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光 通 信
基于BOTDA技术的温度传感测量实验研究
王辅东、刘懿丹、付佳莹、何新林、艾国林、蔡召洲
深圳市特发信息股份有限公司
摘要：基于BOTDA的分布式光纤传感技术，构
建了多种光纤光缆温度与布里渊频率变化的关系模
型。通过实际值与理论值作对比，发现套管结构影
响其测温精度，松套结构比紧包结构更适合测量温
度，且套管尺寸越大，其测温精度越高；提出了一
种适用于温度传感监测的新思路，替代现有紧包结
构测温光缆，提高温度测量的准确性。
关键词：BOTDA技术；温度与频率关系；松套结
构；紧包纤
引言 由于热光效应，当光纤温度变化时，会引起纤芯折射率的
近年，基于布里渊的分布式光纤传感技术迅速发展，可以 变化，光纤自身的参数 E 、k 也会发生变化，光纤密度ρ也会
[1]
实现长距离、高精度、高空间分辨率的温度应力同时测量 ， 随光纤温度变化引起的热膨胀效应而变化。如果只研究温度变
并且广泛运用到石油运输管道、建筑物健康监测、交通运输安 化对布里渊频移的影响，假设光纤不受应力（单变量原则），
[2]
全监测等领域。已成为国内外重点研究项目 。 即ε=0，则上式可表示为
本文重点关注温度与布里渊频率的关系，使用多种光纤光
缆搭建温度-布里渊系数与理论计算值作比较，研究更适合与温 （2）
度监测的纤芯结构，为新一代分布式光纤传感技术在温度监控 利用微元法进行分析，得到布里渊频移与温度的关系：
领域提供了新的思路和研究方向。
（3）
一、BOTDA光纤传感技术原理 假设参考温度T 0 为室温（取25℃），其中，n T 为折射率
1、BOTDA基本原理 温度系数，p T 为光纤密度温度系数，E T 为杨氏弹性模量温度系
图1为BOTDA原理框图，BOTDA技术采用双端输入，分别在传 数，k T 为泊松比温度系数，ΔT为参考温度变化量。一般情况
感光纤两端输入泵浦光（脉冲光）和探测光（连续光），当泵 下，当T 0 =20℃、ε=0时，对于普通单模光纤来说，n(T 0 ,0)
-5
-5
浦光的频率与探测光频率之差等于光纤中某区域的布里渊频移 =1.46、n T =0.68×10 /℃、p T =p(T 0 ,0)×1.65×10 /℃、
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时，光纤上的该区域就会产生布里渊放大效应，两束光之间发 E(T,0)=7.3×10 、E T =1.35×10 /℃、k(T,0)=0.17、k T =4.38
[3]
生发生相互的能量转移，导致布里渊频率改变 。 ×10 -15 /℃带入到上式中，得到布里渊频移与温度变化的关系
图1 BOTDA原理框图 式：
（4）
在T 0 =20℃、ε=0的情况下，当泵浦光波长为1550nm时，普
通单模石英光纤的布里渊频移约11.2GHz，从得到的理论关系式
可以得出布里渊频移与温度呈线性关系，温度每变化1℃时布里
渊频移变化约为1.21MHz，因此，检测到布里渊频移就可以得到
相应的温度。
二、实验研究 【6】
实验器材：BOTDA仪、高低温实验箱、传感光纤（裸光纤、
1.8mm松套纤、2.0mm松套管、2.5mm松套纤、尼龙紧包纤、海翠
2、布里渊频移与温度的关系[4，5] 紧包纤）、温度传感光缆（螺旋铠装测温光缆）。
我们已知，在布里渊频移与温度、应变的关系为
实验条件：+50°C~~~-40°C温度变化
实验方法：分别将传感光纤、光缆接入到实验装置中，
（1）
46 网络电信 二零一八年七月
