光纤光栅温度传感器 报告
温度光纤传感实验报告
一、实验目的1. 理解光纤传感技术的基本原理，掌握光纤传感器在温度测量中的应用。
2. 学习光纤光栅温度传感器的制作方法，掌握其性能测试和数据分析。
3. 了解温度光纤传感器的实际应用场景，提高对光纤传感器技术的认识。
二、实验原理光纤传感器是一种基于光纤材料的光学传感器，具有抗电磁干扰、体积小、重量轻、防腐性好等优点。
光纤光栅温度传感器是光纤传感器的一种，其原理是利用光纤光栅的布拉格波长位移特性，即当光纤光栅的温度发生变化时，其反射或透射光的波长会发生偏移，从而实现对温度的测量。
三、实验仪器与材料1. 光纤光栅温度传感器2. 光纤光栅光谱分析仪3. 温度控制器4. 实验台5. 数据采集系统四、实验步骤1. 将光纤光栅温度传感器固定在实验台上，连接好光纤光谱分析仪和数据采集系统。
2. 调节温度控制器，使环境温度逐渐升高，记录光纤光栅光谱分析仪输出的光谱数据。
3. 重复步骤2，使环境温度逐渐降低，记录光谱数据。
4. 分析光谱数据，计算光纤光栅的布拉格波长位移与温度之间的关系。
五、实验数据与分析1. 实验数据：| 温度（℃） |布拉格波长（nm）||----------|--------------|| 20 | 1552.0 || 30 | 1553.5 || 40 | 1555.0 || 50 | 1556.5 || 60 | 1558.0 |2. 分析：通过实验数据可以看出，光纤光栅的布拉格波长随温度升高而增加，说明光纤光栅具有正的温度系数。
根据实验数据，可以拟合出光纤光栅的布拉格波长与温度之间的关系式：$$\lambda_B = 1552.0 + 0.0135T$$其中，$\lambda_B$为布拉格波长，$T$为温度。
六、实验结论1. 光纤光栅温度传感器具有良好的温度响应特性，可以实现对温度的精确测量。
2. 通过实验验证了光纤光栅的布拉格波长与温度之间的关系，为光纤光栅温度传感器的应用提供了理论依据。
FBG温度传感器
FBG温度传感器引言：随着科技的不断发展，温度传感器的应用范围越来越广泛。
传统的温度传感器基于热电效应、电阻变化等原理进行测量，但这些传感器存在灵敏度低、响应时间长、易受干扰等问题。
FBG（Fiber Bragg Grating）技术作为一种新型的传感器技术，具有优良的温度测量性能，被广泛应用于工业生产、交通运输、医疗健康等领域。
FBG温度传感器是基于光纤光栅的原理来实现温度测量的。
光纤光栅是一种通过在光纤内加入一定周期的折射率变化来产生反射光的结构，它对光波的波长具有高度选择性。
当光波波长与光栅周期相匹配时，光波会被光栅反射回来。
而当温度发生变化时，光栅的周期也会发生变化，进而改变反射光的波长。
通过测量反射光的波长变化，即可得到温度的变化。
1.光纤光栅的制备：选择合适的光纤材料和掺杂剂，以及适当的光栅周期，进行光纤光栅的制备。
一种常用的方法是利用紫外脉冲激光通过两光束干涉形成周期性的折射率分布，从而实现光纤光栅的制备。
制备完成后，将光纤固定在测量物体上，使其与要测温度的物体接触。
光纤光栅的长度和固定方式需要根据具体应用来确定。
2.光谱分析系统的搭建：制备好的光纤光栅需要连接到光谱分析系统中进行波长变化的测量。
光谱分析系统通常由光源、光栅衍射器、光电探测器等组成。
光源发出的光经过光栅衍射，产生不同波长的光束，然后经过光纤光栅反射回来，最终被光电探测器接收。
光电探测器会将接收到的光信号转化为电信号，并通过数据处理单元进行分析和记录。
根据反射光的波长变化，可以得到相应的温度变化。
3.温度测量精度的提升：为了提高温度测量的精度，可以采取一些措施，如增加光栅的反射次数、提高光栅的稳定性等。
同时，还可以在光谱分析系统上添加温度补偿装置，用于对温度的影响进行补偿，以提高温度测量的准确性。
结论：FBG温度传感器基于光纤光栅的原理，具有灵敏度高、响应时间快、抗干扰性强等优点。
通过合理的光纤光栅制备和光谱分析系统的搭建，可以实现简单而高效的温度测量。
光纤传感器实验报告
实验题目：光纤传感器实验目的：掌握干涉原理，自行制作光线干涉仪，使用它对某些物理量进行测量，加深对光纤传感理论的理解，以受到光纤技术基本操作技能的训练。
实验仪器：激光器及电源，光纤夹具，光纤剥线钳，宝石刀，激光功率计，五位调整架，显微镜，光纤传感实验仪，CCD及显示器，等等实验原理：（见预习报告）实验数据：1.光纤传感实验（室温：24.1℃）（1）升温过程（2）降温过程2．测量光纤的耦合效率在光波长为633nm 条件下，测得光功率计最大读数为712.3nw 。
数据处理：一．测量光纤的耦合效率在λ=633nW ，光的输出功率P1=2mW 情况下。
在调节过程中测得最大输出功率P2=712.3nW代入耦合效率η的计算公式：3.56×10-4二．光纤传感实验1.升温时利用Origin 作出拟合图像如下：2040ALinear Fit of AABEquationy = a + bAdj. R-Squ 0.99849ValueStandard ErA Intercep -153.307 1.96249ASlope5.485340.06163由上图可看出k=5.49±0.06条纹数温度/℃根据光纤温度灵敏度的计算公式,由于每移动一个条纹相位改变2π，则 Δφ=2π×m （m 为移动的条纹数）故灵敏度即为因l=29.0cm故其灵敏度为±1.30）rad/℃2.降温时利用Origin 作出拟合图像如下：30323436-40-20ALinear Fit of AABEquationy = a + Adj. R-Squ 0.9973ValueStandard Er A Intercep -271.754 3.74289ASlope7.4510.11111由上图可看出k=7.45±0.11同上：灵敏度为条纹数温度/℃因l=29.0cm故其灵敏度为±2.38）rad/℃由上述数据可看出，升温时与降温时灵敏度数据相差较大，这是因为在升温时温度变化较快，且仪表读数有滞后，所以测出数据较不准确，在降温时测出的数据是比较准确的。
光纤光栅报告
光纤光栅报告浅谈光纤光栅传感器一、光纤光栅传感器发展现状1、光纤光栅传感器概念光纤光栅传感器（Fiber Bragg Grating Sensor）属于光纤传感器的一种，基于光纤光栅的传感过程是通过外界物理参量对光纤布拉格（Bragg）波长的调制来获取传感信息，是一种波长调制型光纤传感器。
由于光纤光栅与光纤之间天然的兼容性，很容易将多个光纤光栅串联在一根光纤上构成光纤光栅阵列，实现准分布式传感，加上光纤光栅具有普通光纤的许多优点外，且本身的传感信号为波长调制，测量信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗不受光源功率波动和系统损耗影响的特点，因此光纤光栅在传感领域的应用引起了世界各国有关学者的广泛关注和极大兴趣。
自从1989年Morey等人首先对光纤光栅的应变和温度传感特性进行了研究后，光纤光栅传感器的应用领域不断拓展，现在人们已将其逐步应用于多种物理量的测量，制成了各种传感器。
光纤光栅是近几年发展最为迅速的新一代光无源器件，在光纤通信和光纤传感等相关领域发挥着愈来愈重要的作用。
以光纤光栅为传感基元研制的新型传感器，其感测过程可通过外界参量对光纤光栅中心波长或带宽的调制来实现，波长调制(或波长编码)代表着新一代光传感器的发展方向。
光纤光栅因具有制作简单、稳定性好、体积小、抗电磁干扰、使用灵活、易于同光纤集成及可构成网络等诸多优点，近年来被广泛应用于光传感领域。
2、光纤传感器发展现状近20年来，世界范围内用于光纤通信和光纤传感器的资金正在不断增长。
与传统传感器相比，光纤传感器有一些独特的优点。
它可以在强电磁干扰、高温高压、原子辐射、易爆、化学腐蚀等恶劣条件下使用，高灵敏度及低损耗的优点使其用途广泛，例如能够组成空间分布列阵及网络，应用于人体医学、城建监控、环境监测等方面。
科学家已经提出了百种测量对象的几百种光纤传感器，同时指出了乐观的市场前景。
20世纪末，只有少数光纤传感器在市场上出现，其原因主要是技术不够成熟、可靠性不高。
光纤传感实验报告（最终5篇）
光纤传感实验报告（最终5篇）第一篇：光纤传感实验报告光纤传感实验报告１、基础理论 1 1、1 1 光纤光栅温度传感器原理1、１、1 光纤光栅温度传感原理光纤光栅得反射或者透射峰得波长与光栅得折射率调制周期以及纤芯折射率有关,而外界温度得变化会影响光纤光栅得折射率调制周期与纤芯折射率，从而引起光纤光栅得反射或透射峰波长得变化,这就是光纤光栅温度传感器得基本工作原理.光纤 Bragg 光栅传感就是通过对在光纤内部写入得光栅反射或透射 Br ａｇg 波长光谱得检测，实现被测结构得应变与温度得绝对测量。
由耦合模理论可知，光纤光栅得 Bragｇ中心波长为式中Λ为光栅得周期;nｅff 为纤芯得有效折射率。
外界温度对 Bｒａgg 波长得影响就是由热膨胀效应与热光效应引起得。
由公式(1）可知,Bｒagg 波长就是随与而改变得。
当光栅所处得外界环境发生变化时,可能导致光纤光栅本身得温度发生变化。
由于光纤材料得热光效应，光栅得折射率会发生变化;由于热胀冷缩效应，光栅得周期也会发生变化，从而引起与得变化，最终导致 Brａｇg 光栅波长得漂移。
只考虑温度对 Bragｇ波长得影响，在忽略波导效应得条件下,光纤光栅得温度灵敏度为式中Ｆ为折射率温度系数;α 为光纤得线性热膨胀系数；p１1 与p12 为光弹常数。
由式（2)可知光纤光栅受到应变作用或当周围温度改变时，会使 n eｆf 与发生变化,从而引起Ｂｒａgg 波长得移动。
通过测量Ｂrａｇg 波长得移动量,即可实现对外部温度或应变量得测量。
1、1、2 光纤光栅温度传感器得封装为满足实际应用得要求,在设计光纤光栅温度传感器得封装方法时，要考虑以下因素:(1)封装后得传感器要具备良好得重复性与线性度;(2）必须给光纤光栅提供足够得保护,确保封装结构要有足够得强度;(3）封装结构必须具备良好得稳定性,以满足长期使用得要求。
为了能够有效起到增敏作用一般采用合金、钢、铜、铝等热膨胀系数大得材料对光纤光栅进行封装。
光纤Bragg光栅温度传感器温敏实验
光纤Bragg光栅温度传感器温敏实验【摘要】油气田生产测井一个重要任务是测量温度参数。
而由于光纤bragg光栅温度传感器的固有优点，是最热门的油气井下常规温度传感器的潜力替换产品。
将光纤光栅用少量环氧树脂胶粘贴于膨胀系数和光纤相等的特殊材料上，制成温敏元件。
根据油气井下温度的范围，设计了35-105℃裸光纤bragg光栅温度传感特性实验，采用精度±1℃的温控箱进行加热，每隔10℃测量一点，每点温度间隔至少15分钟，无论是温度上升还是下降，温度和中心波长的线性关系都很好，上升时r2=0.9999，下降时r2=1；另外，上升时光栅灵敏度为10pm/℃，下降时光栅灵敏度为9.8 pm/℃，与理论相差很小，说明所封装的温度传感器在35～105℃的工作温度范围内性质稳定，可用于实际油气井动态温度监测。
【关键词】光纤光栅温度传感特性封装1 前言光纤bragg光栅由于其在温度参数测量方面固有的优点，越来越受到业内专家的重视[1-4]。
本文设计了一种光纤bragg光栅温度传感器，对其在35～105℃温度条件下的进行温敏实验。
2 光栅结构及传感原理利用紫外激光的干涉条纹在一定范围内照射具有光敏性的光纤，可使该段光纤纤芯的折射率发生永久周期性的改变，形成光纤bragg光栅。
bragg光纤光栅从本质上来说相当于一个窄带滤波器，当具有一定波谱范围的入射光传输到光纤bragg光栅时，光栅就会把满足bragg条件的、且被外界环境参量（如温度、压力、应力、流量等）调制过的入射光反射回来，通过对反射光谱进行解调，即可获得所需（压力、温度）信息，其结构如图1所示。
3 温度传感器封装结构本次实验选用的基底为圆形，材质采用膨胀系数和光纤相等的特殊材料，长度10cm，直径3cm。
为了使裸光栅能更好地和基底接触，受热均匀，可在圆形基底上划一个3mm深，1mm宽的小槽，裸光纤bragg光栅用少量环氧树脂胶均匀粘贴在凹槽内。
在对温度传感器封装过程中，应对裸光纤光栅施加适当的预应力，并适当加热，防止光纤光栅因胶凝固使中心波长减小。
(完整版)光纤光栅温度传感器
应用前景
光纤光栅具有耐腐蚀、防水、抗电磁干扰、集传感与传输 于一体、易 于埋到材料内部；
具有波长分离能力强、长期稳定性好、传感准确度和灵敏度极高；
可实现远距离和分布式传感，易于集成分布传感网络系统；
可广泛应用于航空航天、土木工程、复合材料、石油化工等领域；
对工程结构的应力、应变、温度，以及结构蠕变、裂缝、整体性等结构 参数的实时在线监测，实现对结构内多目标信息的监控和提取；
依据安装环境定制各种不同用途的传感器，实现多参量多、远距离、同
一仪器监测的“物联网”技术。
传感器出厂时对应唯T0 一的温度系数 T ；传感器安装后记录环境初始温度
和传感T0 器初始波长值 ，并将T0该温度值及初始波长值记录于解调仪作为起 始值。今后传感器每一个波长值对应环境一个温度值。
温度传感器技术数据
温度监测：
光纤光栅温度传感器置于被测环境中，监测环境 温度的变化，并对预设温度极限进行报警。
❖ 电力方面 电力电缆的表面温度检测监控、事故点定位 电缆隧道、夹层的火情监测 发电厂和变电站的温度监测、故障点的检测和火灾报警 （原理：高压线等腐蚀点、接触不良故障点由于电阻偏大，温度异常）
❖ 水利土木方面 大坝、河堤的渗漏（渗漏点温度异常） 大坝、河堤、桥梁的混凝土凝固与养护温度
工程案例
❖ 国家游泳中心—水立方 ❖ 胜利油田CB32A海洋平台 ❖ 秦皇岛热电厂开关柜温度监测 ❖ 安钢动力厂电缆温度监测系统 ❖ 中石油新疆独山子/塔里木石化油罐群感温火灾
温度/℃
温度曲线
100
y = 26.847x - 41204
光栅传感器实验报告
光栅传感器实验报告光栅传感器实验报告引言：光栅传感器是一种重要的光学传感器，广泛应用于工业自动化、机器视觉等领域。
本实验旨在通过搭建光栅传感器实验装置，研究光栅传感器的原理和应用，并对其性能进行评估和分析。
一、实验装置的搭建实验装置由光源、光栅传感器、信号采集板、计算机等组成。
光源产生一束平行光，经过光栅传感器后，信号采集板将光栅传感器接收到的光信号转化为电信号，并通过计算机进行数据采集和分析。
二、光栅传感器的原理光栅传感器利用光栅的干涉效应来实现光信号的检测。
光栅是一种具有周期性结构的光学元件，通过光栅的周期性排列，可以使光束发生干涉现象。
当光栅传感器接收到入射光时，光栅会将光束分成多个具有特定相位差的光束，然后这些光束会再次干涉，形成一系列干涉条纹。
通过检测干涉条纹的特征，可以获得入射光的相关信息。
三、实验过程1. 调整光源位置和角度，使得光束尽可能平行，并照射到光栅传感器上。
2. 连接信号采集板和计算机，并进行相应的设置。
3. 启动数据采集软件，开始记录实验数据。
4. 逐渐改变光源的位置和角度，记录下对应的光栅传感器输出信号。
5. 分析数据，观察光栅传感器的响应特性。
四、实验结果与分析通过实验记录的数据，我们可以观察到光栅传感器的输出信号随着光源位置和角度的改变而发生变化。
当光源与光栅传感器的距离逐渐增大时，输出信号的幅值逐渐减小，这是因为光束的强度随着距离的增加而衰减。
而当光源与光栅传感器的角度发生变化时，输出信号的相位也会发生相应的变化，这是因为光栅传感器对不同角度的光束有不同的响应。
进一步分析数据，可以得出光栅传感器的灵敏度和分辨率。
灵敏度是指光栅传感器对光源位置和角度变化的响应程度，可以通过计算输出信号的变化率来评估。
分辨率是指光栅传感器能够区分不同位置或角度的能力，可以通过计算输出信号的变化范围来评估。
五、光栅传感器的应用光栅传感器在工业自动化领域有着广泛的应用。
例如，在机器视觉系统中，光栅传感器可以用于测量物体的位置和姿态，实现精确定位和定位控制。
光纤传感器报告
光纤传感器报告摘要：光纤传感器是一种通过光纤进行信号传输和检测的先进传感器技术。
本报告旨在介绍光纤传感器的原理、分类、应用领域和未来发展方向。
1. 引言光纤传感器是一种基于光纤的传感器技术，可以实现对各种物理量、化学物质以及生物分子等的检测和测量。
相比于传统的电信号传感器，光纤传感器具有更高的精度、更快的响应速度和更大的测量范围。
2. 光纤传感器的原理光纤传感器的原理基于光的传输与调制。
通过向光纤中注入激光光源，并通过改变光的特性（如幅度、相位、频率等），来实现对被测量物的检测和测量。
光纤传感器可以通过测量光信号的衰减、相位变化、光纤长度变化等来判断被测量物的参数。
3. 光纤传感器的分类光纤传感器可以根据其工作原理和应用领域进行分类。
常见的光纤传感器包括干涉型光纤传感器、散射型光纤传感器和光纤光栅传感器等。
这些传感器在温度测量、压力测量、应力测量、化学物质检测等领域都有广泛的应用。
4. 光纤传感器的应用领域光纤传感器具有广泛的应用领域。
在航天航空领域，光纤传感器可以用于飞行器结构健康监测、燃气检测等。
在能源行业，光纤传感器可以用于油井监测、电力设备监测等。
此外，光纤传感器还被广泛应用于环境监测、医疗诊断、交通控制等领域。
5. 光纤传感器的未来发展方向光纤传感器的未来发展方向包括提高传感器的灵敏度、降低成本、增强传感器的可靠性和稳定性。
随着光纤传感器技术的不断创新和进步，传感器性能将进一步得到提升，应用领域也将不断扩大。
结论：光纤传感器作为一种先进的传感器技术，具有广泛的应用潜力。
通过不断提高传感器的性能和降低成本，光纤传感器将在更多领域。
光纤光栅温度传感器 报告
波长调制型光纤温度传感器《光纤传感测试技术》课程作业报告提交时间： 2011年10月 27 日1 研究背景 （执笔人： ）被测场或参量与敏感光纤相互作用，引起光纤中传输光的波长改变，进而通过测量光波长的变化来确定北侧参量的传感方法即为波长调制型光纤传感器。
光纤光栅传感器是一种典型的波长调制型光纤传感器。
基于光纤光栅的传感过程是通过外界参量对布拉格中心波长B λ的调制来获取传感信息，其数学表达式为：2B eff n λ=Λ式中：eff n 为纤芯的有效折射率；Λ是光栅周期。
这是一种波长调制型光纤温度传感器，它具有一下明显优势：（1）抗干扰能力强。
由于光纤传感器是利用光波传输信息，而光纤又是电绝缘、耐腐蚀的传输介质，因而不怕强电磁干扰，也不影响外界的电磁场，并且安全可靠。
这使它在各种大型机电、石油化工、冶金高压、强电磁干扰、易燃、易爆、强腐蚀环境中能方便而有效地传感，具有很高的可靠性和稳定性。
（2）传感探头结构简单，体积小，重量轻，外形可变，适合埋入大型结构中测量结构内部的应力 、应变及结构损伤，稳定性、重复性好，适用于许多应用场合，尤其是智能材料和结构。
（3）测量结果具有良好的重复性。
（4）便于构成各种形式的光纤传感网络。
（5）可用于外界参量的绝对测量。
（6）光栅的写入技术已经较为成熟，便于形成规模生产。
（7）轻巧柔软，可以在一根光纤中写入多个光栅，构成传感阵列，与波分复用和时分复用系统相结合，实现分布式传感。
由于以上优点，光纤光栅传感器在大型土木工程结构、航空航天等领域的健康检测以及能源化工等领域得到了广泛的应用。
但是它也存在一些不足之处。
因为光纤光栅传感的关键技术在于对波长漂移的检测，而目前对波长漂移的检测需要用较复杂的技术和较昂贵的仪器或光纤器件，需大功率的宽带光源或可调谐光源，其检测的分辨率和动态范围也受到一定的限制等。
光纤布拉格光栅无疑是一种优秀的光纤传感器，尤其在测量应力和应变的场合，具有其它一些传感器无法比拟的优点，被认为是智能结构中最有希望集成在材料内部，作为检测材料的结构和载荷，探测其损伤的传感器。
光纤光栅传感实验报告
一、实验目的本次实验旨在了解光纤光栅传感技术的基本原理、工作过程以及其在实际应用中的重要性。
通过实验，掌握光纤光栅传感器的制作方法、传感特性以及传感信号的处理技术，为后续研究光纤光栅传感器在相关领域的应用打下基础。
二、实验原理光纤光栅传感器是一种基于光纤布拉格光栅（FBG）原理的新型传感器。
当外界物理量（如温度、应变、压力等）作用于光纤光栅时，光栅的布拉格波长会发生相应的变化，从而实现物理量的测量。
三、实验仪器与材料1. 光纤光栅传感器实验装置2. 光纤光谱分析仪3. 恒温水浴箱4. 拉伸机5. 氧化铝薄膜四、实验步骤1. 光纤光栅传感器的制作（1）将一根单模光纤切割成一定长度，并利用氧化铝薄膜对光纤进行腐蚀，形成光纤光栅。
（2）将制作好的光纤光栅固定在实验装置上，并进行封装。
2. 温度传感实验（1）将光纤光栅传感器放入恒温水浴箱中，分别设置不同的温度，记录光纤光谱分析仪输出的布拉格波长。
（2）分析温度与布拉格波长之间的关系，绘制温度-波长曲线。
3. 应变传感实验（1）将光纤光栅传感器连接到拉伸机上，施加不同大小的应变，记录光纤光谱分析仪输出的布拉格波长。
（2）分析应变与布拉格波长之间的关系，绘制应变-波长曲线。
五、实验结果与分析1. 温度传感实验实验结果显示，随着温度的升高，光纤光栅传感器的布拉格波长发生蓝移，且蓝移量与温度呈线性关系。
通过拟合曲线，得到温度-波长关系式：$$\Delta\lambda = aT + b$$其中，$\Delta\lambda$为布拉格波长变化量，$T$为温度，$a$和$b$为拟合参数。
2. 应变传感实验实验结果显示，随着应变的增大，光纤光栅传感器的布拉格波长发生红移，且红移量与应变呈线性关系。
通过拟合曲线，得到应变-波长关系式：$$\Delta\lambda = c\epsilon + d$$其中，$\Delta\lambda$为布拉格波长变化量，$\epsilon$为应变，$c$和$d$为拟合参数。
TLC-JC-CG001 光纤温度传感器检测报告模板 VA.0
报告编号：×××<计量标志> <CNAS标志>检验报告产品型号产品名称光纤温度传感器申请单位检验类别产品认证初次/复评检验×××××××××检验中心注意事项1.报告无“检验报告专用章”或检验单位公章无效。
2.报告需加盖骑缝章。
3.复制报告未重新加盖“检验报告专用章”或检验单位公章无效.4.报告无主检、审核、批准人签字无效。
5.报告涂改无效。
6.部分复印本检验报告无效7.本检验报告仅对来样负责。
8.对检验报告若有异议，请于收到报告之日起十五日内向泰尔认证中心提出。
地址：××××××邮政编码：××××××电话：××××××传真：××××××网址：××××××E-MAIL:××××××检验报告检验情况一览表检验结果环境和机械性能试验条件样品信息1 样品信息描述××××××。
{如产品的结构、材质等}2 样品的关键材料信息：见附件3 样品照片{注明样品型号规格}检验使用仪表附件样品的关键材料信息报告编号：××××××检测委托书号：×××申请单位：××××××产品名称：×××产品型号：××××××××检验中心（公章）×××年××月××日。
光纤光栅温度传感器 报告
波长调制型光纤温度传感器《光纤传感测试技术》课程作业报告提交时间： 2011年10月 27 日1 研究背景 （执笔人： ）被测场或参量与敏感光纤相互作用，引起光纤中传输光的波长改变，进而通过测量光波长的变化来确定北侧参量的传感方法即为波长调制型光纤传感器。
光纤光栅传感器是一种典型的波长调制型光纤传感器。
基于光纤光栅的传感过程是通过外界参量对布拉格中心波长B λ的调制来获取传感信息，其数学表达式为：2B eff n λ=Λ式中：eff n 为纤芯的有效折射率；Λ是光栅周期。
这是一种波长调制型光纤温度传感器，它具有一下明显优势：（1）抗干扰能力强。
由于光纤传感器是利用光波传输信息，而光纤又是电绝缘、耐腐蚀的传输介质，因而不怕强电磁干扰，也不影响外界的电磁场，并且安全可靠。
这使它在各种大型机电、石油化工、冶金高压、强电磁干扰、易燃、易爆、强腐蚀环境中能方便而有效地传感，具有很高的可靠性和稳定性。
（2）传感探头结构简单，体积小，重量轻，外形可变，适合埋入大型结构中测量结构内部的应力 、应变及结构损伤，稳定性、重复性好，适用于许多应用场合，尤其是智能材料和结构。
（3）测量结果具有良好的重复性。
（4）便于构成各种形式的光纤传感网络。
（5）可用于外界参量的绝对测量。
（6）光栅的写入技术已经较为成熟，便于形成规模生产。
（7）轻巧柔软，可以在一根光纤中写入多个光栅，构成传感阵列，与波分复用和时分复用系统相结合，实现分布式传感。
由于以上优点，光纤光栅传感器在大型土木工程结构、航空航天等领域的健康检测以及能源化工等领域得到了广泛的应用。
但是它也存在一些不足之处。
因为光纤光栅传感的关键技术在于对波长漂移的检测，而目前对波长漂移的检测需要用较复杂的技术和较昂贵的仪器或光纤器件，需大功率的宽带光源或可调谐光源，其检测的分辨率和动态范围也受到一定的限制等。
光纤布拉格光栅无疑是一种优秀的光纤传感器，尤其在测量应力和应变的场合，具有其它一些传感器无法比拟的优点，被认为是智能结构中最有希望集成在材料内部，作为检测材料的结构和载荷，探测其损伤的传感器。
光纤温度灵敏度实验报告
一、实验目的本实验旨在研究光纤温度传感器的温度灵敏度，通过对比不同类型光纤的温度响应特性，分析其温度灵敏度，并探讨影响温度灵敏度的主要因素。
实验过程中，我们将使用光纤光栅、刻纹光纤和微纳光纤三种类型的光纤进行测试，并对实验结果进行分析。
二、实验原理光纤温度传感器是基于光纤的光学特性，如光纤布拉格光栅（FBG）、刻纹光纤和微纳光纤等，对外界温度变化产生响应的原理进行设计的。
当光纤的温度发生变化时，其光学特性也会发生变化，从而实现对温度的测量。
1. 光纤布拉格光栅（FBG）：FBG的温度灵敏度主要受其布拉格波长和温度系数的影响。
当温度升高时，光纤的布拉格波长会向长波长方向移动，即蓝移，反之则红移。
2. 刻纹光纤：刻纹光纤的温度灵敏度主要与光纤的结构参数有关，如刻纹深度和宽度。
当温度升高时，光纤的透射光谱会发生改变，其温度响应灵敏度可达10℃/nm。
3. 微纳光纤：微纳光纤的温度灵敏度主要与其结构、材料等因素有关。
当温度升高时，微纳光纤的透射光谱会发生改变，其温度响应灵敏度可达-13.1 pm/℃，比传统直线型微纳光纤灵敏度高3倍。
三、实验材料与设备1. 光纤材料：光纤布拉格光栅、刻纹光纤和微纳光纤。
2. 实验设备：光纤光谱分析仪、光纤连接器、温度控制器、加热器等。
四、实验步骤1. 准备实验装置：将光纤布拉格光栅、刻纹光纤和微纳光纤分别连接到光纤光谱分析仪的输入端。
2. 测试光纤温度响应：在光纤光谱分析仪的输出端接入光纤连接器，将光纤连接器连接到加热器上，逐渐升高温度，同时记录光纤的光谱变化。
3. 分析实验数据：对比三种类型光纤的温度响应特性，分析其温度灵敏度。
五、实验结果与分析1. 光纤布拉格光栅（FBG）：实验结果显示，FBG的温度灵敏度系数KT达到82.69×10^-6/℃，在-80～0℃的低温度范围内具有良好的低温响应特性。
2. 刻纹光纤：实验结果显示，刻纹光纤的温度响应灵敏度可达10℃/nm，与结构参数有关。
光栅传感器实验报告
一、实验目的1. 理解光栅传感器的工作原理和结构特点；2. 掌握光栅传感器的安装和调试方法；3. 学习光栅传感器的应用及数据处理方法；4. 了解光栅传感器在实际工程中的应用前景。
二、实验原理光栅传感器是利用光栅原理，通过光电转换将光栅位移量转化为电信号输出的一种传感器。
光栅传感器主要由光源、光栅、光电元件、信号处理电路等组成。
当光栅相对于光电元件移动时，产生周期性的光强变化，从而产生电信号输出。
三、实验仪器与设备1. 光栅传感器实验装置；2. 光源（LED或激光）；3. 光电元件（光敏电阻、光敏二极管等）；4. 信号采集板；5. 计算机；6. 测量仪器（如千分尺、游标卡尺等）。
四、实验步骤1. 熟悉实验装置，了解光栅传感器的基本结构和工作原理；2. 搭建实验电路，连接光源、光栅、光电元件和信号采集板；3. 调整光源，确保光束照射到光栅上；4. 调整光电元件，使其能够接收光栅产生的电信号；5. 通过信号采集板将电信号传输至计算机，进行数据处理；6. 利用测量仪器测量光栅位移量，并与电信号进行对比分析；7. 改变光栅与光电元件之间的距离，观察电信号的变化，分析光栅传感器的灵敏度；8. 将实验数据整理成表格，绘制曲线图，分析光栅传感器的特性。
五、实验结果与分析1. 光栅传感器的基本结构和工作原理符合预期；2. 实验电路搭建成功，光栅、光源、光电元件和信号采集板连接正常；3. 通过调整光源和光电元件，能够接收到光栅产生的电信号；4. 实验数据表明，光栅传感器的电信号与光栅位移量之间存在良好的线性关系；5. 改变光栅与光电元件之间的距离，电信号的变化符合光栅传感器的灵敏度特性；6. 光栅传感器的实验结果与理论分析基本一致。
六、实验结论1. 光栅传感器是一种具有较高精度和灵敏度的位移传感器，在工业自动化领域具有广泛的应用前景；2. 通过实验，掌握了光栅传感器的安装、调试和数据处理方法；3. 实验结果验证了光栅传感器在实际工程中的应用可行性。
光纤光栅的检测技术报告
光纤光栅的检测技术报告光纤光栅是一种基于光纤的传感器技术，利用光纤中的衍射光栅原理来实现对光信号的检测和测量。
光纤光栅的检测技术具有高灵敏度、快速响应、无电磁干扰等特点，广泛应用于光通信、传感器、光纤传输等领域。
本报告将详细介绍光纤光栅的原理和检测技术。
一、光纤光栅的原理光纤光栅是通过在光纤中形成周期性衍射光栅结构来实现对光信号的检测和测量的。
它主要由光纤、光栅和信号处理模块三部分组成。
光纤是一种能传输光信号的细长透明介质，具有优良的光学传输性能。
在光纤光栅中，光纤的两端通常连接光源和检测器。
光线由光源射入光纤中，并经过光栅的衍射产生多个反射光栅，然后传输到检测器进行信号检测。
光栅是一种具有周期性折射率变化的光学元件，它可以将入射光分散成不同波长的衍射光。
光纤光栅中的光栅通常是通过在光纤中引入周期性的折射率变化来实现的，常见的方法包括光纤电弧法、光束干涉法等。
光栅的周期性决定了衍射光的波长和强度，通过对衍射光信号的检测和分析，可以实现对输入光信号的测量和分析。
信号处理模块主要用于光纤光栅的信号检测和数据处理。
它包括光电转换器、放大器、滤波器和数据采集系统等。
光电转换器将光信号转换为电信号，放大器将电信号放大，滤波器用于去除杂散信号，数据采集系统将电信号转换为数字信号并进行数据处理和分析。
二、光纤光栅的检测技术光纤光栅的检测技术主要包括波长测量、增益和损耗测量、温度测量等。
其中，波长测量是光纤光栅最常见和重要的应用之一、通过测量衍射光栅的波长和强度，可以获得输入光信号的波长和强度信息，从而实现对光信号的测量和分析。
光纤光栅的波长测量方法主要包括峰值检测法、尾巴检测法和参考法。
峰值检测法是通过测量衍射光谱中的峰值位置来确定波长，尾巴检测法是通过测量衍射光谱中的尾巴位置来确定波长，参考法是通过与已知参考波长进行比较来确定波长。
这些方法各有优缺点，可以根据具体应用场景的要求选择合适的方法。
增益和损耗测量是光纤光栅的另一重要应用，主要用于光纤传输中对信号强度和损耗的测量。
光纤测量实验报告
#### 实验目的1. 了解光纤传感技术的基本原理和操作方法。
2. 掌握光纤传感器的使用，包括光纤光栅传感器、光纤光谱仪等。
3. 学习如何通过光纤传感器测量物理量，如压力、温度、光谱等。
4. 培养实验操作技能和数据分析能力。
#### 实验原理光纤传感器是利用光纤作为传感元件，通过光纤传输光信号来实现对物理量的测量。
光纤传感器具有体积小、重量轻、抗电磁干扰、防腐性好、灵敏度高等优点，广泛应用于工业、医疗、军事等领域。
#### 实验仪器1. 光纤光栅传感器2. 光纤光谱仪3. 光功率计4. 光纤连接器5. 温度控制器6. 数据采集系统#### 实验步骤1. 光纤光栅传感器测量压力实验（1）将光纤光栅传感器固定在实验台上。
（2）调整传感器，使其处于待测压力位置。
（3）打开数据采集系统，设置采集参数。
（4）施加压力，观察传感器输出信号的变化。
（5）记录数据，分析压力与输出信号之间的关系。
2. 光纤光谱仪测量光谱实验（1）将待测物质置于光纤光谱仪的样品池中。
（2）打开光谱仪，设置光谱范围和分辨率。
（3）采集光谱数据，分析物质的光谱特性。
（4）记录数据，绘制光谱曲线。
3. 光纤光栅温度传感器测量温度实验（1）将光纤光栅温度传感器固定在实验台上。
（2）调整传感器，使其处于待测温度位置。
（3）打开数据采集系统，设置采集参数。
（4）控制温度变化，观察传感器输出信号的变化。
（5）记录数据，分析温度与输出信号之间的关系。
#### 实验结果与分析1. 光纤光栅传感器测量压力实验实验结果表明，随着压力的增加，光纤光栅传感器的输出信号也随之增加，两者呈线性关系。
这表明光纤光栅传感器可以有效地测量压力。
2. 光纤光谱仪测量光谱实验实验结果表明，待测物质的光谱特性与其化学成分和结构有关。
通过分析光谱曲线，可以了解物质的组成和性质。
3. 光纤光栅温度传感器测量温度实验实验结果表明，随着温度的升高，光纤光栅传感器的输出信号也随之增加，两者呈线性关系。
实验-光纤光栅温度传感
实验名称 光纤光栅温度传感实验一 实验目的1、了解在光纤的纤芯中制作光栅的基本方法（光纤光栅的制作）；2、掌握光纤光栅信号传输的原理；3、掌握光纤光栅温度传感的原理；4、进一步掌握新的光纤光栅布喇格波长的检测方法（长周期光纤光栅线性滤波解调方法）；5、掌握普通光纤光栅温度传感的优点及其适用范围。
二 实验仪器ASE 自发辐射宽带光源，光纤跳线，法兰盘，光谱仪（单模通信光纤接口），光纤耦合器（测反射谱峰值时用，测透射谱峰值不需要），温度控制仪（模拟实际测量温度场），光纤熔接机（代价大，仅限备用）三 实验原理1. 光纤布喇格光栅原理光纤布喇格光栅的原理是由于光纤芯区折射率周期变化造成光纤波导条件的改变，导致一定波长的光波发生相应的模式祸合，使得其透射光谱和反射光谱对该波长出现奇异性，图1表示了其折射率分布模型。
整个光纤曝光区域的折射率分布可表示为：1121232[1(,,)] r (,,) r rn F r z a n r z n a a n a ϕϕ⎧+≤⎪=≤≤⎨⎪≥⎩ （1）式中 F(r,φ,z ）为光致折射率变化函数，具有如下特性：1(,,)(,,)n r z F r z n ϕϕ∆=maxmax 1(,,) (0)n F r z z L n ϕ∆=<< (,,)0 ()F r z z L ϕ=>式中 a 1 为光纤纤芯半径；a 2为光纤包层半径，相应的n 1为纤芯初始折射率；n 2为包层折射率；△n(r,φ,z ）为光致折射率变化；△n max 为折射率最大变化量。
因为制作光纤光栅时需要去掉包层，所以这里的n 3一般指空气折射率。
之所以式中出现r 和φ坐标项，是为了描述折射率分布在横截面上的精细结构。
图1 光纤光栅折射率分布示意图为了给出F(r,φ,z ）的一般形式，必须对引起这种折射率变化的光波场进行详尽分析。
目前采用的各类写入方法中，紫外光波在光纤芯区沿径向的光场能量分布大致可分为如下几类：均匀正弦型、非均匀正弦型、均匀方波型和非均匀方波型。
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光纤光栅温度传感器报告(波长调制型光纤温度传感器《《光纤传感测试技术》课课程作业报告提交时间: 2011年10月 27 日1 研究背景 (执笔人: )被测场或参量与敏感光纤相互作用，引起光纤中传输光的波长改变，进而通过测量光波长的变化来确定北侧参量的传感方法即为波长调制型光纤传感器。
光纤光栅传感器是一种典型的波长调制型光纤传感器。
基于光纤光栅的传感过程是通过,B外界参量对布拉格中心波长的调制来获取传感信息，其数学表达式为: ,,,2nBeffneff,式中:为纤芯的有效折射率;是光栅周期。
这是一种波长调制型光纤温度传感器，它具有一下明显优势:(1)抗干扰能力强。
由于光纤传感器是利用光波传输信息，而光纤又是电绝缘、耐腐蚀的传输介质，因而不怕强电磁干扰，也不影响外界的电磁场，并且安全可靠。
这使它在各种大型机电、石油化工、冶金高压、强电磁干扰、易燃、易爆、强腐蚀环境中能方便而有效地传感，具有很高的可靠性和稳定性。
(2)传感探头结构简单，体积小，重量轻，外形可变，适合埋入大型结构中测量结构内部的应力、应变及结构损伤，稳定性、重复性好，适用于许多应用场合，尤其是智能材料和结构。
(3)测量结果具有良好的重复性。
(4)便于构成各种形式的光纤传感网络。
(5)可用于外界参量的绝对测量。
(6)光栅的写入技术已经较为成熟，便于形成规模生产。
(7)轻巧柔软，可以在一根光纤中写入多个光栅，构成传感阵列，与波分复用和时分复用系统相结合，实现分布式传感。
由于以上优点，光纤光栅传感器在大型土木工程结构、航空航天等领域的健康检测以及能源化工等领域得到了广泛的应用。
但是它也存在一些不足之处。
因为光纤光栅传感的关键技术在于对波长漂移的检测，而目前对波长漂移的检测需要用较复杂的技术和较昂贵的仪器或光纤器件，需大功率的宽带光源或可调谐光源，其检测的分辨率和动态范围也受到一定的限制等。
光纤布拉格光栅无疑是一种优秀的光纤传感器，尤其在测量应力和应变的场合，具有其它一些传感器无法比拟的优点，被认为是智能结构中最有希望集成在材料内部，作为检测材料的结构和载荷，探测其损伤的传感器。
2.传感设计与可行性论证(执笔人:)根据耦合模理论，光纤布拉格光栅的中心反射波长可以表示为:,,,2nBeffn,effB,式中为导模的有效折射率，为光栅的周期。
由(1)式可以看出，中心反射波长nneffeff,,与有效折射率和光栅周期有关;有效折射率和光栅周期会随着温度、压力、应变的变化而变化，从而根据中心反射波长的变化量来测量温度，压力，应变等变化量。
neff,当光纤光栅受到轴向外力及温度的影响时，其光栅周期和纤芯折射率将会发生变化，光纤光栅反射波长也会发生变化。
其关系式为:,,,,，,,,22nnBeffeff对于(2)式，假设仅有温度变化时，由热膨胀效应引起的光栅周期变化为 :(3) ,,,,,,=,T,式中为光纤的热膨胀系数。
热光系数引起有效折射率变化为:(4) ,,,,nnT=,effeff,式中为光纤的热光系数，表示折射率随温度的变化率。
因此可得光纤布喇格光栅的温度灵敏度系数:,,BK,,， (5) ,,TT,,,B,6o,6o,,，7.010/C,,，0.510/C对于普通的光纤光栅，比如掺锗石英光纤，，，,6o7.510/，C可以估算出常温下光纤光栅的温度灵敏度系数大约为。
由数据可见，若要把光纤光栅应用于实际的传感，必须对光纤光栅的灵敏度进行温度增敏，增加光纤光栅对温度的灵敏度，方法一般都是对光纤光栅进行封装。
对于封装后的光纤光栅传感器，其温度灵敏度系数为:,,BKP(1)(),,，，,, ,,,,TesT,,,B设计高灵敏温度光纤光栅传感器，常用方法是采用热膨胀系数大的材料封装光纤光栅。
常用的材料是热膨胀系数大的金属材料，聚合物材料，合金材料等。
常用的封装方式有:选用热膨胀系数较大的金属材料对光纤光栅进行贴片封装和把光纤光栅以嵌入式的方法封装在热膨胀系数较大的聚合物材料中等。
3.传感器解调系统设计(执笔人:)解调方案影响到整个传感系统的精度、分辨率的参数。
现今常见的实现对波长编码的解调方法包括:可调激光器解调方案、可调滤波解调方案、边缘滤波解调方案和干涉仪解调方案等。
其中利用可调滤波器和干涉仪来实现解调是目前最重要也是应用最广泛的两种方法。
干涉仪解调基本方法是:把从传感FBG反射的光用耦合器分为光强相等的两路，然后引入一定的路程差，当两路光重新汇合发生干涉的时候，就存在一个相位差。
对于不同中心波长的发射光，经过相同路程差所引入的相位差是不一样的，其所得的干涉光的光强也是不一样的。
通过从干涉光强中解出相位差的信息，就能得到反射光中心波长的信息。
图1 基于非平衡M-Z干涉仪的解调方案用于信号解调的干涉仪有M-Z干涉仪、Michelson干涉仪和Sagnac环干涉仪等。
1992年以来A.D.Kersey等人就先后提出了一系列基于非平衡M-Z干涉仪的解调方案，其基本结构如图1所示。
,L假设非平衡M-Z干涉仪两臂引入的路程差为，那么干涉时的相位差可表示为: 2,,,nLeff (),,,,B如果不引入其他噪声，且两束干涉光光强相等时，其干涉光强可表示为:2,,,nLeff I()=A+Acos(),B,B可见输出光强是反射光中心波长的函数。
另外从上式中可以看到，干涉光强中带有直流信号，这样会影响到系统的分辨率。
因此，如图1所示，通过差分放大，能够抑制干涉信号的直流分量，从而提高系统的分辨率。
这种解调方案分辨率高，响应速度快，非常适合于动态测量。
但是由于是通过相位差来,，超过以后将无法得到正确的中心波长值，因此限制反映中心波长，其最大变化范围为2系统的测量范围。
另外，由于干涉强度对于相位差相当敏感，因此干涉两臂所处环境的噪声对系统影响较大，也是该系统缺陷之一。
4.误差分析(执笔人:)FBG 温度传感器增敏的原理是利用FBG 对温度和应变同时敏感的特性，通过合理的结构设计，把FBG 和高热膨胀系数材料封装在一起，当被测温度变化时，通过高热膨胀系数材料的形变向FBG 施加一个应变量，使得FBG 的返回波长变化量加大。
基于此原则的方法大体上分为两种:( 1)直接将FBG 粘贴在高热膨胀系数材料上，当温度升高时，高膨胀系数材料直接拉动FBG，使FBG 的应变加大，返回中心波长的变化量增加。
然而，这种增敏方式有明显的缺点: 增敏效果受到材料的热膨胀系数制约、分辨率有限、而且伴有啁啾的负面效应。
( 2)通过采用双金属结构的方法实现温度增敏，效果明显。
温度变化时，双金属结构把2 种热膨胀系数不同的金属的长度变化量的差转化成FBG 长度的变化量，从而提高FBG的温度灵敏度。
可是，他们没有对该类型的FBG 温度传感器的结构和精度作进一步研究，限制了它的应用范围。
基于上面所提到的2 个缺点，利用光纤光栅对温度和应变同时敏感的特性，设计制作了一款双金属光纤光栅温度传感器，在地震前兆观测时能满足地温观测的精度要求。
双金属的温度增敏原理如图2 所示。
图2 传感器结构示意图。
当温度变化时，材料A 和材料B 长度均变化，且A 长度的变化量比B 长度的变化量大得多， A 、B 长度的变化量的差值直接传递给了FBG。
当FBG的应变发生变化时，其返回波长会随之发生变化。
FBG 的应变量越大，返回波长变化量也就越大。
因此，可以通过调整A 和B 的长度和选用不同热膨胀系数的材料来控制FBG 的应变量，从而实现高分辨率和高精度的温度测量。
实验证明: 该传感器的精度达到% 0.05 ? ，获得了现今光纤光栅温度传感器最高的分辨率0.001 4 ? / pm，再稍微扩展下还能利用这个原理，设计制作一款灵敏度系数可调的高灵敏度光纤光栅温度传感器，并通过调整高灵敏度光纤光栅温度传感器的灵敏度改变其量程。
图3 双管式光纤光栅温度传感器结构示意图。
图3 为双管式光纤Bragg 光栅温度传感器的结构示意图。
其中，外套管隔离了外加应力应变向内管的作用，避免了外力通过内管传递给光纤Bragg 光栅。
同时，由于内、外管均是热传导性能良好的金属材料( 比如: 铜) ，故温度仍能通过外管和内管传递给光纤Bragg 光栅，从而使得Brag g 波长响应温度变化而产生移位。
根据测温实验数据得到光纤光栅温度传感器的各项静态性能指标，光纤光栅温度传感系统灵敏度为9.8pm/ ? ，分辨率为0.102 ? ，线性度为99.88%，重复性误差1. 55% 。
心得体会本次我们以光纤温度传感器作为调研方向，从所搜集的资料我们可以发现，光纤温度传感器作为光纤传感器中应用领域最广的传感器之一，它的发展历史已近40年，而且正在往更高效，更稳定的方向日渐改善。
此外，在展开本课题调研之初，我们还对当今不同国家光纤温度传感器研究的深度及广度作了进一步调查，并体会到我国在该领域虽然起步较晚，但其发展速度迅速，且现发展水平还有待改善。
在关于光纤传感器的原理结构方面，我们选择了两个方案结构来实现，第一个为基于Mach-Zehnder干涉仪通过光条纹随温度变化来实现温度传感。
由于对Mach-Zehnder干涉仪本身已有一定的学习理论基础，我们在这一方案中能较好的理解其原理，并对其应用过程中的优缺点做了进一步的分析。
而对于第二个方案，我们采用单晶硅半导体作为传感器的核心，通过电子电路方式实现温度传感。
该方案运用到LED以及低通滤波器等，操作性较为可行，但其对光谱谱宽有一定的要求，因此在光纤温度传感中容易出现误差，相对来说基于干涉原理的方案一其灵敏度较高，实现的可能性更高。
总的来说通过此次的调研我们对光纤传感器，特别是光纤温度传感器有了进一步的认识，当中包括其发展历史以及其原理结构。
而值得注意的是，在光纤传感器的应用当中我们还应考虑到市场供应以及成本控制，配套器件的一系列要求，因此在以后的课题研究中我们还应对此方面作更多的关注。
参考文献(执笔人:)1.吕海宝,黄锐,楚兴春.分布式光纤传感技术.光学仪器,1997,19(3):11-17.2. 谢敬辉. 物理光学教程. 北京理工大学出版社.2005.3. 周仁忠. 光电统计理论与技术. 北京理工大学出版社.2000.4. 于美文. 光学信息处理. 国防工业出版社.1998.5. 原荣. 光纤通信第三版. 电子工业出版社. 2010.。