光纤温度传感器汇总.重点.doc

光纤温度传感器汇总.重点.doc0录
龙仟传感器基本◎理 功從型丸仟儡虐俸感器 代綸型丸诃侶庖傍感器 总活鸟雇望
、光纤传感原理
二、光纤温度传感器
相关
应用
原理
特点
光纤温度传感器
功能型：利用光导纤维本身具有的某种 敏感功能而使光纤起到测量温度的作用
传输型：光导纤维只起到传输光的作 用，必须在光纤端面加装其它的敏感 元件才能构成新型传感器的传输型传 感器。
三、两种传感器的举例介绍
⑦「涉式光纤温度代感器
O 分伯式朮纤温度代感粘
❶反射式光纤温度传感器
o光纤光栅温度传感器
1 •干涉式光纤温度传感器
•属于相位调制式功能型光纤温度传感器，主要应用于精密测 温领域
温丿4勿
•工作原理：为两根在温度场的光纤在不同的温度场工作时， 其折射率会产生差异，随之光程也会发生差异•若此时进行耦 合，就会产生干涉现象.
设两臂光纤的长度分别为L1,和
L2,光在光纤中的传播常数为卩，_| 纤芯的折射率为6光在真空中 I
的传播常数为k，经过这段光纤 |
传输后，两根光纤输出光的相位_' 差为•• 激光器
△0 = /?]厶—/?2乙2
卩= kn = 2jrnl A
当光纤其中一臂受温度的影响发生变化后，光 输出相位差发生变化：
5cp = tL0—+tL^-^ lLK(n —+—) dt dt dt dt
普讎盘蠶纤温度变化一度时器温度变化-度时沪生的变化
2分布式光纤温度传感器
拉曼散射光就是由斯托荒斯光和反斯托虫斯光这两神不同波长的光组成 的，其波长的偏移由光纤组成元索的固怎属性决怎,因此拉曼散射光的强 度与温度有关，其关系如下：
人 OC [ ! +1]・ A：4
exp(/zcA^ / kT) — 1
I(l x〔exp(加”/6一1
+ 1］卞
入—斯托克斯光和反斯托克斯光波长：
h -——普朗克常数；
c——貢•空中的光速：
k 波尔兹曼常数：
&Y——偏移波数：
T 绝对温度。
在系统设计中，采用双通道双波长比较的方法，即灯斯托克斯光和反斯托克 斯光分别进行采集,利用两者强度的比值解调温度信号
0
分布式光纤温度传感器系统
定向耦合器
斯托克斯
光纤
反斯托克斯
2分布式光纤温度传感器

调制
光线
光电倍增器
斯托克斯和反斯托克斯散射光
计算机
电子计数器
过滤噪声
拉曼分布式温度传感器
不足之处：返回信号非常弱，因为反斯托克斯■拉曼散 射比瑞利散射强度要弱20〜30 dB.
主耍优点是：
1、 非黨触测量,可测运动物体的瞬间温度；
2、 响应速度快，没有一般温度计的热平衡时间，可作 为高温测量.
3 •反射式光纤温度传感器
传感原理：反射率随温度变化。
反射率(％)
这种结构的传感器貝输出随温度变化的响应速度较快，响 应时间小于3秒 测温范I亂0 -150 °C,准确度1 °C
3反射式温度传感器
将被测参 量的变化
反射式光纤温度测量系统
特点：适合用作测量高压电气设备绝缘内部温度的传感器
由于此测量方法中所用的测温元件是全绝缘、小尺寸的 光纤温度传感器,用在高压电气设备上的最大优点是可以直接测 出高压电气设备的内部温度。
4 •光纤光栅温度传感器
工作原理：借助于某种装置将被测参呈的变化转化为作用于光纤光柵上的应变 或温度的变化，从而引起光纤光栅布喇格波长的变化通过建立并标定光纤光栅的 应变或温度响应与被测参杲变化的关系,就町以由光纤光栅布喇格波2的变化，测 量出被测量的变化。
光纤光栅上 光纤光栅布喇格
的应变或温| A波长的变化
测出被测参 工 建立两者之间建
量的变化 的关系
度的变化
4 •光纤光栅温度传感器
根据光纤耦合模理论，当宽带光在光纤布喇格光栅中传输时，产生模式細 合，满足布喇格条件的波长光被反射，于是有
免a? =2n ejy 7\.
A光纤栅格周期
料也导模的有效折射率
光纤光栅的中心反射波长儿随A"龙的改变而改变，由于温 度和应力的变化都导致A和®发生变化，产生AA和沁 可得布喇格条件的发射光波长的移位为
A/l = 2Anr//A + 2nr//AA
4•