卫星环境温度监测的光纤光栅传感器研究

１ 引 言 卫星在轨飞行时，卫星外部会受到 －１００～１００
℃的恶劣交变温度，然而卫星内部又必须保证一定
的温度范围，以保证星内的仪器设备工作正常运行。 一般卫星内部仪器设备工作温度需保持在 ５～４５℃ 之间，个别部分只允许在恒定温度下由 １～２℃的变
基金项目：国家自然科学基金面上项目（Ｎｏ．５１６７５０５３）；北京市教育委员会科技计划一般项目（Ｎｏ．ＫＭ２０１６１１２３２００５）； “长江学 者 和 创 新 团 队”发 展 计 划 项 目 （Ｎｏ．ＩＲＴ＿１６Ｒ０７）；北 京 市 教 育 委 员 会 科 技 计 划 面 上 项 目 （Ｎｏ． ＫＭ２０１５１１２３２０２１）资助。
ＳｔｕｄｙｏｎＦＢＧ ｓｅｎｓｏｒｆｏｒｓａｔｅｌｌｉｔｅａｍｂｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ
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激 光 与 红 外 Ｎｏ６ ２０１８ 徐福胜等 卫星环境温度监测的光纤光栅传感器研究
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化范围。因此对卫星内部环境温度的监测具有重要
的意义。常用测温的热电偶型或热电阻型等电子类
温度传感器易 受 电 磁 场 的 干 扰。而 光 纤 光 栅 温 度
传感具有 灵 敏 度 高、质 量 轻、体 积 小、抗 电 磁 干 扰 等诸多优 点［１－８］，非 常 适 合 于 恶 劣 太 空 环 境 中 对
作者简介：徐福胜（１９９２－），男，硕士研究生，研究方向为光纤传感与光电器件。Ｅｍａｉｌ：１３６８３５６４７２５＠１６３．ｃｏｍ 通讯作者：闫 光（１９７９－），男，讲师，硕士生导师，研究方向为光纤激光器与传感器。Ｅｍａｉｌ：１０８４９４５２５７＠ｑｑ．ｃｏｍ 收稿日期：２０１７０９２９；修订日期：２０１７１０２７
第 ４８卷 第 ６期 激 光 与 红 外 ２０１８年 ６月 ＬＡＳＥＲ ＆ ＩＮＦＲＡＲＥＤ
Ｖｏｌ４８，Ｎｏ６ Ｊｕｎｅ，２０１８
文章编号：１００１５０７８（２０１８）０６０７６２０７
·光纤及光通讯技术·
卫星环境温度监测的光纤光栅传感器研究
Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００１６，Ｃｈｉｎａ；３ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏＯｐｔｉｃｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００１５，Ｃｈｉｎａ）
ห้องสมุดไป่ตู้
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｓａｔｅｌｌｉｔｅｉｎｔｅｒｎａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｉｎｓｐａｃｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ａＦＢＧ（ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇ）ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｎｓｏｒｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｏｄｉｒｅｃｔｌｙｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｔｈｅｓａｔｅｌｌｉｔｅＢｙｏｐｔｉｍｉ ｚｉｎｇｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｓｅｎｓｏｒ，ａｎｅｗｔｙｐｅｏｆｐａｃｋａｇｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｃｈｏｓｅｎｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄ ｓｔｒａｉｎｃｒｏｓｓｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙＴｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｓｏｆ３ｆｉｂｅｒＢｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｎｓｏｒｓｗｉｔｈｔｈｅｓａｍｅｐａｃｋ ａｇｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｓｓｅｌｅｃｔｅｄＩｎ０～６０℃ ｒａｎｇｅ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｉｅｓｏｆＦＢＧｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｎｓｏｒｓａｒｅｒｅ ｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ９２６ｐｍ／℃，９６０ｐｍ／℃，９４７ｐｍ／℃Ｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｒｅａｃｈｅｓ１ｐｍ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｒｅａｃｈｅｓ０１ ℃，ｌｉｎｅａｒｉｔｙｒｅａｃｈｅｓｍｏｒｅｔｈａｎ０９９８，ｗｈｉｃｈｈａｓｇｏｏｄｒｅｐｅａｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ，ａｎｄｃａｎｂｅａｐｐｌｉｅｄｔｏｒｅａｌｔｉｍｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｔｈｅｓａｔｅｌｌｉｔｅｉｎｔｅｒｎａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｉｂｅｒＢｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｎｓｏｒ；ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ；ｌｉｎｅａｒｉｔｙ；ｒｅｐｅａｔａｂｉｌｉｔｙ
徐福胜１，２，闫 光１，２，钟国舜３，孟凡勇１，２，祝连庆１，２
（１北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院，北京 １００１９２； ２光电信息与仪器北京市工程研究中心，北京 １０００１６；３华北光电技术研究所，北京 １０００１５）
摘 要：针对航天行业太空环境下对卫星内部温度监测的需求，研制了一种直接测量卫星内部 温度的光纤光栅温度传感器。通过对传感器的结构进行了优化设计，选择一种新型的封装工 艺，解决了温度、应变交叉敏感问题。选取相同封装条件的 ３个光纤光栅温度传感器进行温度 标定。结果表明，在 ０～６０℃范围内，光纤光栅温度传感器灵敏度分别为 ９２６ｐｍ／℃、９６０ ｐｍ／℃、９４７ｐｍ／℃，精度为 １ｐｍ，温度分辨率达到了 ０１℃，线性度均达到 ０９９８以上，具有 良好的重复性与一致性，可应用于卫星内部温度的实时监测。 关键词：光纤光栅；温度传感器；封装；线性度；重复性 中图分类号：ＴＮ２５３ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１５０７８．２０１８．０６．０１７