光纖光柵溫度傳感器

1、光纖光柵溫度傳感器光纖光柵傳感器光纖光柵傳感器 光纖光柵傳感器（Fiber Bragg Grating Sensor）屬于光纖傳感器的一種，基于光纖光柵的傳感過(guò)程是通過(guò)外界物理參量對(duì)光纖布拉格（Bragg）波長(zhǎng)的調(diào)制來(lái)獲取傳感信息，是一種波長(zhǎng)調(diào)制型光纖傳感器。 自從1989年Morey等人首先對(duì)光纖光柵的應(yīng)變和溫度傳感特性進(jìn)行了研究后，光纖光柵傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，現(xiàn)在人們已將其逐步應(yīng)用于多種物理量的測(cè)量，制成了各種傳感器。 光纖光柵傳感系統(tǒng)光纖光柵溫度傳感器光纖光柵溫度傳感器 電類(lèi)溫度傳感器：熱電偶溫度傳感器、熱敏電阻溫度傳感器 光纖光柵溫度傳感優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，體積小，耐腐蝕，抗電磁輻射

2、，光路可彎曲，便于遙測(cè)等。 由于測(cè)量信息是利用波長(zhǎng)編碼,所以光纖光柵傳感器的測(cè)量信號(hào)不受光源起伏、 光纖彎曲損耗、 連接損耗和探測(cè)器老化以及光波偏振態(tài)的變化等因素的影響,有較強(qiáng)的抗干擾能力 應(yīng)用：石化、電力、水壩、橋梁和重要建筑的安全監(jiān)測(cè)光纖光柵感器工作原理 光纖光柵的中心反射波長(zhǎng)可表示為 光纖光柵是利用光纖材料的光敏性，在光纖纖芯上建立起的一種空間周期性折射率分布，使其對(duì)特定波長(zhǎng)的入射光具有反射作用， 其反射中心波長(zhǎng)稱(chēng)為 Brag 波長(zhǎng)， 定義為g光纖光柵溫度傳感器測(cè)溫原理 光纖光柵的溫度特性 受外界環(huán)境溫度影響, 光纖光柵的反射波長(zhǎng)發(fā)生移動(dòng),溫度變化引起的光纖光柵反射波長(zhǎng)移動(dòng)可表示為 光纖

3、光柵反射波 長(zhǎng)的移動(dòng)與溫度的變化成線性關(guān)系，通過(guò)測(cè)量光纖光柵反射波 長(zhǎng)的移動(dòng),便可確定環(huán)境溫度 T光纖光柵溫度傳感器測(cè)溫原理 neff和的變化都將引起光纖光柵中心波長(zhǎng)的變化，而光纖光柵受到外界因素(如溫度、應(yīng)變)等作用時(shí)，會(huì)引起neff和的變化，從而引起光纖光柵中心波長(zhǎng)的偏移 為光纖的 熱光系數(shù) ,描述光纖折射率隨溫度的變化關(guān)系 為光纖 的熱膨脹 系數(shù),描述光柵的 柵距隨溫度 的變化關(guān)系應(yīng)用中要解決的難題 裸柵的處理：光纖光柵十分纖細(xì)， 強(qiáng)度較低， 容易在工況中受到損壞，要對(duì)裸柵進(jìn)行封裝，增強(qiáng)傳感器的機(jī)械強(qiáng)度和增長(zhǎng)其使用壽命 封裝： 光纖光柵溫度傳感器的封裝形式主要有基片式、 金屬管式和聚合物

4、封裝方式 。封裝會(huì)影響傳感器的響應(yīng)速度和傳感特性(如重復(fù)性 線性度以及一致性等)，會(huì)降低 溫度測(cè)量的現(xiàn)精確， 影響監(jiān)測(cè)效果 應(yīng)用中要解決的難題 靈敏度：普通的光纖光柵其溫度靈敏度只有0.01 nm/左右，這樣對(duì)于工作波長(zhǎng)在1550nm的光纖光柵來(lái)說(shuō)，測(cè)量100的溫度范圍波長(zhǎng)變化僅為1nm 波長(zhǎng)解調(diào)：要達(dá)到較高的分辨率,通常需使用代價(jià)較大的高分辨率波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng),例如高分辨率光譜儀或干涉儀等。應(yīng)用分辨率為1pm的解碼儀進(jìn)行解調(diào)可獲得很高的溫度分辨率，而如果因?yàn)樵O(shè)備的限，采用分辨率為0. 06nm的光譜分析儀進(jìn)行測(cè)量，其分辨率僅為6度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足實(shí)際測(cè)量的需。光纖光柵波長(zhǎng)的解調(diào) 光纖Bragg光柵

5、是通過(guò)其反射回的波長(zhǎng)的變化來(lái)反映光柵所受應(yīng)力或者溫度的改變的，波長(zhǎng)解調(diào)技術(shù)的優(yōu)劣將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)精度。 對(duì)波長(zhǎng)信息的解調(diào)，傳統(tǒng)上一般使用單色儀，光譜儀以及帶有色散元件的CDC探測(cè)器，但是這些解調(diào)系統(tǒng)都存在造價(jià)高、體積大、不易攜帶的缺點(diǎn)。為此，人們相繼提出了多種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、更為實(shí)用的解調(diào)方法，如匹配光柵法、波長(zhǎng)掃描法、邊緣濾波器線性解調(diào)法、干涉解調(diào)法等?；陂L(zhǎng)周期光柵的波長(zhǎng)解調(diào) 利用一長(zhǎng)周期光柵( LPG) 作為線性濾波器,寬帶光源經(jīng)此長(zhǎng)周期光柵調(diào)制后入射到傳感光柵, 可解調(diào)布拉格傳感光柵的波長(zhǎng)位移。波長(zhǎng)解調(diào)原理 在長(zhǎng)周期光柵的透射譜中, 特定諧振損耗峰的強(qiáng)度下降邊(或上升邊)所包含的某一波長(zhǎng)范圍內(nèi)其光強(qiáng)度為線性的減小(或增大) ，利用這一點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期光柵對(duì)寬帶光源的調(diào)制,產(chǎn)生一個(gè)在某波長(zhǎng)范圍內(nèi)強(qiáng)度為線性變化(下降或上升)的光源。 選擇具有合適波長(zhǎng)的光纖布拉格光柵,使其中心波長(zhǎng)處于長(zhǎng)周期光柵透射譜的線性區(qū)范圍內(nèi), 并靠近線性區(qū)的中間位置波長(zhǎng)解調(diào)原理 當(dāng)傳感光柵的波長(zhǎng)被傳感信號(hào)調(diào)制時(shí),其反射峰在線性區(qū)的