拉曼散射光纤传感测温原理

第２６卷第３期２０１０年３月

电力科学与工程

ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

Ｖ０１．２６．Ｎｏ．３Ｍａｒ．，２０１０

拉曼光纤测温原理及在电力系统中的应用

孙国善，侯思祖，陈

超

（华北电力大学电气与电子工程学院，河北保定０７１００３）

摘要：分布式光纤测温在电力系统得到普遍应用。首先介绍了拉曼分布式光纤传感器的工作原理和结构，进行了温度传感实验。最后介绍了该传感器在电力系统的应用，给出了一个检测电缆温度的应用实例。关键词：拉曼散射；温度；电气设备；电力系统中图分类号：ＴＰ２１２．９

文献标识码：Ａ

札＝Ｋａｓ口ⅣＰｅｘｐ［一（ａｏ＋吼）Ｌ］Ｒ。（Ｔ）

０引

言

（２）

式中：Ｋ，Ｋｏ分别为与光纤斯托克斯和反斯托克斯散射截面有关的系数；Ｓ为光纤的后向散射因

分布式光纤测温系统是近年夏展起来的一种

用于实时测量空间温度场分布的传感系统，由于系统具有防燃、防爆、抗腐蚀、抗电磁干扰、耐高压、能实现实时快速多点测温并定位等优点，因而其应用领域十分广泛。目前，发电厂、变电站、冶金、石化等企业的电力电缆、高压开关柜、发电机、大功率高压电动机等设备的故障隐患往往伴随着设备关键部位的温度升高，所以过热监测是故障预警的有效手段。随着光纤技术的发展，光纤

第２６卷第３期２０１０年３月

电力科学与工程

ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

Ｖ０１．２６．Ｎｏ．３Ｍａｒ．，２０１０

拉曼光纤测温原理及在电力系统中的应用

孙国善，侯思祖，陈

超

（华北电力大学电气与电子工程学院，河北保定０７１００３）

摘要：分布式光纤测温在电力系统得到普遍应用。首先介绍了拉曼分布式光纤传感器的工作原理和结构，进行了温度传感实验。最后介绍了该传感器在电力系统的应用，给出了一个检测电缆温度的应用实例。关键词：拉曼散射；温度；电气设备；电力系统中图分类号：ＴＰ２１２．９

文献标识码：Ａ

札＝Ｋａｓ口ⅣＰｅｘｐ［一（ａｏ＋吼）Ｌ］Ｒ。（Ｔ）

０引

言

（２）

式中：Ｋ，Ｋｏ分别为与光纤斯托克斯和反斯托克斯散射截面有关的系数；Ｓ为光纤的后向散射因

分布式光纤测温系统是近年夏展起来的一种

用于实时测量空间温度场分布的传感系统，由于系统具有防燃、防爆、抗腐蚀、抗电磁干扰、耐高压、能实现实时快速多点测温并定位等优点，因而其应用领域十分广泛。目前，发电厂、变电站、冶金、石化等企业的电力电缆、高压开关柜、发电机、大功率高压电动机等设备的故障隐患往往伴随着设备关键部位的温度升高，所以过热监测是故障预警的有效手段。随着光纤技术的发展，光纤

908 化学通报　2007年第12期　　　　　　　　　　http:ΠΠ

表面增强拉曼散射活性基底

高书燕　张树霞　杨恕霞　张洪杰#

(河南师范大学化学与环境科学学院,新乡　453007;#中国科学院长春应用化学研究所,长春　130022)

摘　要　表面增强拉曼散射(SERS)是人们将激光拉曼光谱应用到表面科学研究中所发现的异常表面光

学现象。它可以将吸附在材料表面的分子的拉曼信号放大106到1014倍,这使其在探测器的应用和单分子检测方面有着巨大的发展潜力。由于分子所吸附的基底表面形态是SERS效应能否发生和SERS信号强弱的重要影响因素,所以分子的承载基体是很关键的,因而SERS活性基底的研究一直是该领域的研究热点之一。本文总结了形态各异的表面增强拉曼散射活性基底,分析了最新发展并对其未来作一展望。

关键词　表面增强拉曼散射　活性基底

Surface2enhancedRamanScatteringActiveSubstrates

GaoShuyan,ZhangShuxia,YangShuxia,ZhangHongjie

##(CollegeofChemistryandEnvironmentalScience,HenanNormalUniversity,Xi

电子科技大学

硕士学位论文

光纤拉曼放大器（FRA）研究

姓名：崔炳华

申请学位级别：硕士

专业：光学工程

指导教师：邱琪

2003.3.1

电子科技大学硕士论文

摘要

Ｉ光纤拉曼放大器因其特有的在线、宽带、低噪声等特点而越来越被人们关注ｊ是一种非常适合下一代超大容量、超长距离ＤＷＤＭ系统的光放大器，尤其是在海底跨样光纤通信、超长距离光纤通信以及开发整个光纤低损耗窗口等方面有着不可替代的优势矗本文对光纤拉曼放大器的研究包括以下内容：

，

第～设计拉曼耦合方程组的计算机数值求解方法（不考虑噪声），并在ＭＡＴＬＡＢ下编程实现。本文通过基于光纤分段思想的数值求解方法，解决了单波长、多波长前向泵浦ＦＲＡ耦合方程组的数值求解问题。ｋ然后在光纤分段思想的基础上，用普通打靶法实现了单波长后向泵浦泵浦这一边值问题的数值求解。最后，对于最难求解的多波长后向泵浦ＦＲＡ问题，本文提出了多维并行打靶思想，ＭＡＴＬＡＢ下数值仿真证明，该多维并行打靶法非常适合求解拉曼耦合方程这类高度非线性的问题，打靶过程收敛速度较快（八波长泵浦时只需打靶６次就可以使打靶偏差小于１０’８）。ｆ

第二设计新型的遗传算法，结合前面提到的多维并行打靶法来优化多波长后向泵浦ＦＲＡ各个泵浦光的波长、功率值，以得到更好的增益

电子科技大学

硕士学位论文

光纤拉曼放大器（FRA）研究

姓名：崔炳华

申请学位级别：硕士

专业：光学工程

指导教师：邱琪

2003.3.1

电子科技大学硕士论文

摘要

Ｉ光纤拉曼放大器因其特有的在线、宽带、低噪声等特点而越来越被人们关注ｊ是一种非常适合下一代超大容量、超长距离ＤＷＤＭ系统的光放大器，尤其是在海底跨样光纤通信、超长距离光纤通信以及开发整个光纤低损耗窗口等方面有着不可替代的优势矗本文对光纤拉曼放大器的研究包括以下内容：

，

第～设计拉曼耦合方程组的计算机数值求解方法（不考虑噪声），并在ＭＡＴＬＡＢ下编程实现。本文通过基于光纤分段思想的数值求解方法，解决了单波长、多波长前向泵浦ＦＲＡ耦合方程组的数值求解问题。ｋ然后在光纤分段思想的基础上，用普通打靶法实现了单波长后向泵浦泵浦这一边值问题的数值求解。最后，对于最难求解的多波长后向泵浦ＦＲＡ问题，本文提出了多维并行打靶思想，ＭＡＴＬＡＢ下数值仿真证明，该多维并行打靶法非常适合求解拉曼耦合方程这类高度非线性的问题，打靶过程收敛速度较快（八波长泵浦时只需打靶６次就可以使打靶偏差小于１０’８）。ｆ

第二设计新型的遗传算法，结合前面提到的多维并行打靶法来优化多波长后向泵浦ＦＲＡ各个泵浦光的波长、功率值，以得到更好的增益

散射原理

透射光强为I?I0e?(K?h)l?I0e??l

h：散射系数 K：吸收系数 ?：衰减系数（实际测量中得到的）

散射分类散射光波矢k变化波长不变化瑞利散射Mie散射分子散射散射光波矢k与波长均变化拉曼散射布里渊散射 散射是指电磁波通过某些介质时，入射波中一部分能量偏离原来传播方向而以

一定规律向其他方向发射的过程。散射可以用电磁波理论和物质电子理论解释：入射的电场使粒子中的电荷产生振荡，振荡的电荷形成一个或多个电偶极子，它们辐射出次级的球面波，因为电荷的振荡与入射波同步，所以次级波与入射波有相同频率，且有固定的相位关系。在大气散射过程中，散射粒子的尺度范围很大，从

气体分子（约10-4μm）到气溶胶（约 1μm）、小水滴（约 10μm）、冰晶（约 100μm），以及大雨滴和雹粒（约 1cm）。通常以尺度数α = 2π/λ作为判别标准，其中r为粒

子半径，λ为波长。按α的大小可以将散射过程分为三类：

(1) α << 1，即 r < λ 时的散射，称为 Rayleigh 散射或分子散射；

(2) 1< α < 50，即 r ? λ 时的散射，称为 Mie 散射或大颗粒散射； (3) α > 50，即 r>> λ 时的散射，属于几何光学散射范畴。

对于大气中的粒子（假设是各向同性的），散

激光拉曼光谱

【摘要】

本实验主要采用半导体激光器泵浦的Nd3+:YVO4晶体并倍频后得到的532nm激

光作为激发光源，研究了液体样品CCl4分子的拉曼光谱。利用单光子计数的方法记录了CCl4分子的拉曼光谱，得到了斯托克斯线和反斯托克斯线的几个峰值的波长，确定了样品的分子振动的振动模式，得到了各拉曼谱线的退偏度。

关键词：拉曼散射 瑞利线 斯托克斯线 反斯托克斯线 分子振动 固有频率 退偏度

一、 引言

拉曼散射光谱是研究物质结构的一个强有力的工具。当单色光作用于苯这类的液体样品时，在频率不变的瑞利散射线两侧对称的分布着若干条很弱的谱线，他们的频移等于样品分子红外振动谱线频率而与入射光频率无关。低频一侧的谱线叫斯托克斯线，高频一侧的则称为反斯托克斯线。斯托克斯线总比反斯托克斯线强。

拉曼效应是单色光与分子或晶体物质作用时产生的一种非弹性散射现象。以分子为例，拉曼线的数目、频移大小和谱线强度直接与样品的振动和转动能级有关，而且从拉曼线的线宽测量还可提供有关能级寿命的信息，因此，利用拉曼散射光谱可以研究分子中原子的空间排列和相互作用。

20世纪60年代激光问世。由于极高的单色亮度，它很快被用到拉曼光谱中作为激发光源。它产生的拉曼谱线极

红外测温的原理及相关应用

在自然界中，一切温度高于绝对零度的物体存在分子和原子无规则的运动，其表面不断地向周围空间辐射红外线，物体的红外辐射特性---物体辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能根据黑体辐射定律通过计算得到它的表面温度，这是红外测温所依据的客观基础。

红外测温属于非接触测温的一种方法，测温元件不需与被测介质接触，通过热辐射原理来测量温度。与接触式测温方法相比，红外测温有着精确、便捷、安全等突出的优点。近20年来，非接触红外测温仪在技术上得到迅速发展，性能不断完善，功能不断增强，品种不断增多，适用范围不断扩大，市场占有率也逐年增长。现代化的工业生产中，离不开测温和控温。非接触的红外测温仪以其独特的优点正成为企业故障检测、产品质量控制和提高经济效益的重要手段。

红外测温仪采用红外技术可快速、方便地测量物体的表面温度。不需要机械的接触被测物体而快速测得温度数值。只需瞄准，按动触发器，在LCD显示屏上直接读出温度数据。它最大优点是：能可靠地测量热的、危险的或难以接触的物体，而不会污染或损坏被测物体。且红外测温仪每秒可测若干个数据，而普通接触式测温仪每测量一个温度数值

红外、拉曼光谱习题

一． 选择题

1．红外光谱是（ AE ）

A：分子光谱 B：原子光谱 C：吸光光谱 D：电子光谱 E：振动光谱

2．当用红外光激发分子振动能级跃迁时，化学键越强，则（ ACE ） A：吸收光子的能量越大 B：吸收光子的波长越长 C：吸收光子的频率越大 D：吸收光子的数目越多 E：吸收光子的波数越大

3．在下面各种振动模式中，不产生红外吸收的是（AC ） A：乙炔分子中对称伸缩振动 B：乙醚分子中不对称伸缩振动 C：CO2分子中对称伸缩振动 D：H2O分子中对称伸缩振动 E：HCl分子中H－Cl键伸缩振动

4．下面五种气体，不吸收红外光的是（ D ）

Ａ：H2O Ｂ：CO2 Ｃ：HCl Ｄ：N2

5 分子不具有红外活性的,必须是（ D ） Ａ：分子的偶极矩为零 Ｂ：分子没有振动

Ｃ：非极性分子

Ｄ：分子振动时没有偶极矩变化 Ｅ：双原子分子

6．预测以下各个键的振动频率所落的区域，正确的是（ ACD ）

?1Ａ：Ｏ－Ｈ伸缩振动数在4000～2500cm B:C-O伸缩振动波数在2500～1500cm

?1C:N-H弯曲

拉曼光谱

汇总：拉曼光谱百问解答总结！

一、测试了一些样品，得到的是Ramanshift，但是文献是wavenumber，不知道它们之间的转换公式是怎么样的？激光波长632.8nm。

1. 两者是一回事。ramanshift即为拉曼位移或拉曼频移，频率的增加或减小常用波数差表示，拉曼光谱仪得到的谱图横坐标就是波数wavenumber，单位cm－1。

2.两者一回事。

拉曼频移ramanshift指频率差，但通常用波数wavenumber表示，单位cm－1，可以说某个谱峰拉曼位移是？？波数，或？？cm－1。

3.在Raman谱中，wavenumber有两种理解，一种是相对波数，这时就等于Ramanshift；另一种是绝对波数（这在荧光光谱中用的比较多），这个绝对波数是与激发波长有关，不同的激发波长得到的绝对波数是不一样的，这时Ramanshift等于（10000000/激发波长减去Raman峰的绝对波数）。

所以通常在Raman谱中，wavenumber一般可理解为Ramanshift。

二、如何用拉曼光谱仪测透明的有机物液体，测试时放到了玻璃片上测出来的结果是玻璃的光谱。

1. 我今天还在用激光拉曼测聚苯乙烯，没有出现你说的情况啊是不是玻璃管被污染的厉害？

2.