〖摘要〗本文探讨了基于光频域反射技术的瑞利散射光分布光纤温度测量系统(FBI-Gauge)，与传统热电阻的测量结果相比，可以得出光纤测量不仅与热电偶的测温结果基本一致，而且可以更直观地显示被测物体的整个几何面在每个时刻的温度分布。
引言
热电阻是目前工业上广泛使用的温度测量元件。热电偶也用于整车热管理实验。热电阻具有结构紧凑、使用方便的特点，但也存在测量区域单一、不全面等问题，影响测量结果的因素较多。13]基于瑞利散射光原理[416]的光纤测量技术具有采样频率高、采集范围广的优点，已逐渐被研究和应用[7110]，但尚未在汽车领域得到应用。
目前，汽车正朝着数字化方向发展，需要大量的数据积累。同样，整车热管理的发展也需要收集大量的温度数据，一方面是为了提高开发特性;另一方面是为了积累数据，为后续车型提供热管理的研发方向。目前，整车热管理中使用的热电阻采集温度已不能提供持续、全面的测量数据，光纤测量技术的使用可以很好地解决这一问题。因此，本文通过一系列试验研究了光纤温度测量系统。
1测温原理
1.1传统热电偶测温原理
热电偶温度测量的基本原理是热电效应。随机连接两种不同类型的金属导体或半导体A和8首尾，产生闭合电路。只要热端和冷端的温度不同，就会产生热电势，形成热电流，即热电效应[1]
焊接两种满足一定要求的不同材料导体或半导体A和B的任何一端，形成热电阻导体或半导体，称为热电极。焊接的一端插入温度测量场所称为工作端或热端，另一端称为温度参考段或冷端。当两侧温度不同时，会产生热电势，这是测量温度的温度感应元件。将温度信号转换为电信号，然后仪表显示热电势的大小不仅与材料有关，而且与热电阻两端的温差相对应。两端的温度与热电势之间有固定的函数关系，温度值可以通过这种关系来测量。
1.2光纤测温原理
本文介绍的光纤测量仪器名称为：FiberbeaminvestigationGauge(FBI一Gauge)，它主要由四部分组成：计算机、主要设备、连接光纤和测量光纤。该设备采用可变波长激光(1510)、1570(m)射人光纤是一种检查和分析光纤中玻璃分子细微折射光(瑞利散射光)的光传感系统，属于基于光频域反射的瑞利散射光分布式传感系统[6,9]
1.2.1瑞利散射光原理
FBI-Gauge测试了光纤中被称为瑞利散射光的折射光。当光遇到颗粒时，透射只是向四面八方分散。瑞利透射是指相当于光波长1/10左右的细微物质引起的光散射。光纤会因玻璃分子而产生瑞利散射光，如图2所示
1.2光域反射的基本原理
光频域反射结构包括扫描光源、迈克尔逊干涉器、光电探测器和信号处理模块等。基于光差检测，原理如图3所示
以频率为中心的连续光扫描频率，通过耦合器进入迈克尔逊干涉仪的结构分为两束。一束通过反射镜返回，其光程是固定的，称为参考光;另一束进入被测光纤。光纤内部产生瑞利透射，然后向散射光满足光纤值孔径，然后向注射器端回，称为折射光。如果传播长度满足光的相关条件，折射光和参考光将在光电探测器的感光表面产生混合频率
从(4)可以看出，被测光纤上任何不可能的瑞利后散射信号对应的光电流频率为0：2至无10，设置x。当为0时，频率大小与透射点位置0成正比。只要频率低于光电探测器的截至响应频率，光电探测器就会导出相应频率的光电流，其范围与光纤x处的后散射指数和光功率大小成正比，从而获得被测光纤各处的透射衰减特性
1.2.3测量方法和顺序
FBI-Gauge用光频域反射光频域(OFDR)该方法分析了光纤的折射光，其测量分析顺序如下。图4显示了测量过程
1.向光路射人周期性变化的波长(1510)、1570nm
2.使用分光器1，将光线(测量光)和光线(参考光)分为传感光纤;
3.光纤一般因测定光而产生散射光，变成折射光;
4.折射光通过分光器2，射向探测器;
5.参考光和折射光通过分光器3汇合，利用探测器获得光强度因影响而发生的变化;
6.改变测定信息的傅立叶，获得各光纤位置的散射光频率;
7.将根据固有线路信息提前测定的共振频率与通过测定获得的频率进行比较，得到的频率偏差№。№根据光纤材料和人射光的波长，变化量可以线性分布，因此可以根据光纤材料和人射光的波长进行分布№计算应变量和温度变化量。
2.实验和结果分析
为了研究光纤温度测量的准确性和可行性，本文分析了实车温度采集数据
2.1热电阻设点和光纤布线
本文在整车排气管后消音器表面布置了三个热电阻测点，位置如图5所示。三个测点位于后消音器前/中/后三个内腔表面，后消音器内部结构如图6所示。同时，光纤沿三个热电阻位置布置，测量光纤长度为2m，测量部分覆盖三个内腔。热电阻对应光纤的位置如表1所示
表1热电阻对应于光纤中的位置
测点编号
测点名字
测点距离
光纤起始位置/光纤起始位置/光纤起始位置/m
测点1
MufflerSurfaceFront
l.605
测点2
MufflerSurfaceMiddle
l.435
测点3
MufflerSurface_Rear
l.200
因为消音器表面的温度很高，已经超过了一般胶水的耐温极限。为了将光纤紧贴在后消音器表面，本文采用了一根柔韧性很高的密实弹簧管，然后通过焊接将弹簧管紧贴在消音器表面，因为弹簧管是金属材料，导热性好，可以保证最大限度地减少温度传递损失。同时，弹簧管完全密实(如图7所示)，底盘下的冷却气流不会通过弹簧管。
为了避免光纤在整个布局过程中断裂，光纤方向要求不能弯曲视角过大。同时，由于光纤容易受到振动的影响，在布局过程中不能有较大的悬挂段。为了解决消音器与车身之间的间隙，从车身引出铝板。考虑到消音器本身的振动，铝板与消音器之间的间隙约为5mm(如图9所示)，减少了悬挂段引起的振动，最大限度地减少了振动因素。
由于光纤本身的特点，尾端的10厘米长度需要保持直线，不能弯曲。同时，由于弹簧端口是开放的，直线段光纤容易受到迎面风向的影响，导致振动甚至断裂。考虑到以上两点，结合后消音器的结构，本文将光纤直线段布置在后消音器侧面，尾端朝向顺风方向，避免迎面风带来的振动影响。
