[发明专利]一种核动力波动管温度监测光纤传感系统及其监测方法

权利要求书

1.一种核动力波动管温度监测光纤传感系统，其特征在于，包括依次连接的测温光纤、解调仪和计算机；所述测温光纤沿波动管表面布置为回路形式，且测温光纤两端分别与所述解调仪中的光开关两端连接，所述光开关通过切换使光分别从顺时针和逆时针方向进入测温光纤，所述计算机对顺时针方向和逆时针方向的后向拉曼散射光强度比值进行几何平均值计算从而得到所述波动管表面的实时温度。

2.根据权利要求1所述核动力波动管温度监测光纤传感系统，其特征在于，所述光开关为1×2光开关，所述1×2光开关在计算机的控制下使光分别沿顺时针和逆时针方向进入测温光纤。

3.根据权利要求2所述核动力波动管温度监测光纤传感系统，其特征在于，所述测温光纤为一根，所述光开关按时序进行切换，使光分别从顺时针和逆时针方向进入测温光纤。

4.根据权利要求2所述核动力波动管温度监测光纤传感系统，其特征在于，所述测温光纤为两根，所述光开关同时使光分别从顺时针方向进一根测温光纤，从逆时针方向进入另一根测温光纤。

5.根据权利要求1所述核动力波动管温度监测光纤传感系统，其特征在于，所述测温光纤采用耐辐照耐高温特种多模光纤。

6.根据权利要求5所述核动力波动管温度监测光纤传感系统，其特征在于，所述多模光纤的纤芯为纯二氧化硅，包层为掺氟二氧化硅。

7.根据权利要求5所述核动力波动管温度监测光纤传感系统，其特征在于，所述多模光纤的涂层为金属材质。

8.根据权利要求1所述核动力波动管温度监测光纤传感系统，其特征在于，所述测温光纤设置于波动管保温层内表面，且所述测温光纤位于电离辐射场中，所述解调仪位于一次仪表间，所述计算机位于控制室。

9.一种核动力波动管温度监测方法，其特征在于，沿波动管表面布置测温光纤，所述测温光纤的两端分别连接解调仪中光开关的两端，所述光开关通过切换使光分别从顺时针和逆时针方向进入测温光纤，所述计算机对顺时针方向和逆时针方向的后向拉曼散射光强度比值进行几何平均值计算，结合解调仪内参考光纤的温度，得到所述波动管表面的实时温度。

10.根据权利要求9所述核动力波动管温度监测方法，其特征在于，所述光开关的两端分别为端点一和端点二，光源发出光脉冲1从端点一沿顺时针方向进入测温光纤，得到距离端点一为L处的反斯托克斯光与斯托克斯光强度比值，即顺时针方向后向拉曼散射光强度比值R₁(T)；

K_as，K_s分别为反斯托克斯光和斯托克斯光散射截面系数；v_as，v_s分别为反斯托克斯光和斯托克斯光频率，Δv为拉曼频率偏移量，h为普朗克常量；k为玻尔兹曼常量；α_as，α_s分别为反斯托克斯光和斯托克斯光的辐照损耗系数；T为L处的热力学温度值；

然后光开关切换到端点二处使光源发出的光脉冲2沿逆时针方向进入测温光纤，得到L处的反斯托克斯光与斯托克斯光强度比值，即逆时针方向后向拉曼散射光强度比值R₂(T)；

其中，Z为测温光纤总长；

求R₁(T)和R₂(T)的几何平均值为：

则参考光纤处的光强比值为：

T₀为解调仪内参考光纤处的温度；

R(T)和R(T₀)相除，得到测温光纤上的L处的温度表达式为：

T为L处的热力学温度值，L根据后向拉曼散射光返回的时间进行计算，即L＝vt/2，t是光源发出光到解调仪接收到光的时间，v是光在光纤中传播的速度。