FBG温度传感器(简单设计)
基于LabVIEW的FBG温度传感器数据采集系统设计
LZ L泉 , , P T
行处理, 该数据处理通过调用L I AVE W的CF L 处理程序, V 在 C中编译成 DL L 格式的文件, 等待调用.然后, a IW程序中, 在Lb E V 用 CF L 节点调用该D L L 文件, 按照提示设置好对应的输人参
现了F G传感器实时数据采集和数据处理. B
1 B F G温度传感器原理
的 领域中, 尤其是油 气井下等恶劣的 测量环 境中[' '〕 一.
虚拟仪器(i a i tm n, vt l r et I技术是近几年发展起 r nu u s V)
来的一门新型仪器技术, 提出了" 软件即仪器" 的仪器设计
传 感 器 与 微 系 统
第2卷 5
因此, 检测到波长的变化量, 就可以求出温度的大小, 该过 程称之为解调.
串口初始化和串口通信, 数据采集控制与处理, 数据显示
3 个模块组成.
实验中, 解调方法是可调谐F 腔法, 采用的 - P 实验原理
如图1 [. 带 发出 光 离器 所示[ 从宽 光源 的 经隔 传送到FG s 3 B
A sat A i ap ah h r lie a u i n t bs o vt l r et tdc , bt c; eg pr c ot e -m dt c it s e a d i aitmn iir ue r dsn o f at a q si y m e n u n u e a o s r s s o d n wi u s fe Ba g tg(B ) s nto f t pru mnon tm et qi ad c h h t i r g ri F G s o e r o e e te irg e h u k e t c s h b r g n e e a e r k m a r o ti o t c n x n w r e a r u e et Te t idsnd h s en t pnie F G pru s s , ii ao e im n . s e s i e w c i rg rc l o B t e te o ad s q r s h y m eg s i o d i h i p f e a r e r n t l t n e m n s c tld p c s 场 LbIW f a . m a r et FG s s h l o t w t o rl ad e e noe n r s d aVE st r Te s e nw h s o it a ro s t i o ow e h e u m i B e r n b ar h h t t n e y o a cn sii f t ne ot r lie a u i n F G s . a b ase o h e f e -m dt c it f B s o e fd e d h at a q si o t r e a o r e r n Ky d: r g i (B ) t pru s s ; a ui n e w rs feBa g tg FG ;e e te o dt c ii o i r rn b g a m ar e r a q so n a t
绝缘子保护的FBG温度传感器研究
传感器与微系统（ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｄ ｕ ｃ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ）
２ ０ １ ３年 第 ３ ２卷 第 ７ 期
绝缘子保护的 Ｆ Ｂ Ｇ 温 度传 感器 研 究
李 英娜 ，徐树振 ，田 雷 ，李 川 ，张 旭， 赵 振 刚
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｂ ｅ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ｓ ｔ ｉ ｒ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉｃ ｒ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｌ ｏ ｎ ｇ ｔ ｅ ｒ ｍ ｅ ｘ ｐ ｏ ｓ ｕ ｒ ｅ
பைடு நூலகம்
ｏ ｆ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍ ｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ． Ａ ｉ ｆ ｂ ｅ ｒ Ｂ ｒ ａ ｇ ｇ ｒａ ｇ ｔ ｉ ｎ ｇ （ Ｆ Ｂ Ｇ ） ｔ ｅ ｍ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｉ ｎ ｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｓ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ｄ ｔ ｏ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ
ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｍｏ ｎ ｈ ｅ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ａ Ｉ ｔ ｓ ｏ ｆ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉｃ ｒ ａ ｌ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ， ｔ ｈ ｅ ｏ ｕ ｔ ｅ ｒ ｓ ｕ ｆ ｒ ａ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｆ ｂ ｅ ｒ ｉ ｓ ｃ ｏ ａ ｔ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ — ｏ ｒ ｍｕ ｈ ｉ — ｃ ｈ ｉ ｐ
ｉ ｎ ｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ ｏ ｆ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ ｒ ｕ ｂ ｂ ｅ ｒ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ １． ａ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｅ ｄ ｂ ｙ ＲＴ Ｖ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ ｒ ｕ ｂ ｂ ｅ ｒ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ｌ ａ ｆ ｏ ｒ ｍｉ ｎ ｇ ｏ ｎ ｅ
FBG可变灵敏度压力传感器设计
Ｄ ｅｓｉｇｎ ｏｆ ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒ ｕｓｉｎｇ
ＦＢＧ
ＬＩ Ｋａｉ 一，ＺＨＡＯ Ｚｈｅｎ．ｇａｎｇ ，ＬＩ Ｙｉｎｇ．ｎａ ，ＣＡＩ Ｃｈｅｎ ，ＰＥＮＧ Ｑｉｎｇ－ｊｕｎ ，Ｌｉ Ｃｈｕａｎ
（１．Ｆａｃｕｌｔｙ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆ ｉｌｍ ｓｈｅｅｔ ｉｓ ｉ ｍｍ，ａｎｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｒａｄｉｕｓ ｉｓ ａｄｊｕｓｔｅｄ ｔＯ １０ ｃｍ，９ ｃｎｌ ａｎｄ ８ ｃｍ，ｔｈｅ
ｍａｘｉｍ ｕｍ ｄｅ￣ｒｍ ａｔｉｏｎ ｏｃｃｕｒｓ ａｔ ｔｈｅ ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｆ ｉｌｍ ｓｈｅｅｔ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ０．１ Ｍ Ｐａ ｓｕｒｆａｃｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒ ｍ ａｔｉｏｎ ａｔ ｔｈｅ ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｌｍ ｓｈｅｅｔ ｉｓ ３．８７５ ｍｍ ，２．５６１ ｍｍ ａｎｄ １．５７９ ｍｍ．Ａｆ ｔｅｒ ｔｈｅ ｂａｒｅ ｇ ｒａｔｉｎｇ ｉｓ ｆ ｉｘｅｄ， ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｉｅｓ ａｒｅ ３８．４４ｍｍ／ＭＰａ，２５．６２ｍｍ／Ｍｐａ ａｎｄ １５．７９ｍｍ ／ ＭＰａ，ＳＯ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉＳ ａｃｈｉｅｖｅｄ．
FBG传感器应用及设计实例
FBG传感器应用及设计实例FBG（Fiber Bragg Grating）传感器是一种基于光纤布拉格光栅原理设计的光纤传感器。
光纤布拉格光栅是通过在光纤内部引入一定的折射率改变周期性的折射率变化结构，形成的一种反射光栅。
FBG传感器利用光纤布拉格光栅的特性，可以对环境中的温度、应变等物理量进行测量。
FBG传感器具有体积小、抗干扰能力强、测量范围广等优点，因此被广泛应用于各个领域。
以下是几个FBG传感器的应用及设计实例：1.建筑结构监测：FBG传感器可以用来监测建筑结构的应变情况。
通过将多个FBG传感器布置在建筑结构上，可以实时监测结构的应变情况，及时发现结构的变形、开裂等问题，提前采取修复措施，保证建筑结构的安全性。
2.油气管道监测：FBG传感器可以用来监测油气管道的变形和温度变化。
将FBG传感器安装在油气管道上，可以实时监测管道的应变和温度变化，及时发现管道的变形、破损等问题，避免事故的发生。
3.地下水监测：FBG传感器可以用来监测地下水位的变化。
将FBG传感器固定在井口或地下水管道中，通过测量光纤的折射率变化来判断地下水位的变化情况。
这对于地下水资源的合理利用和保护具有重要意义。
4.航天器结构监测：FBG传感器可以用来监测航天器的结构应变情况。
将FBG传感器布置在航天器的关键结构上，可以实时监测结构的应变情况，判断航天器的工作状态是否正常，及时发现结构的变形和疲劳损伤，提高航天器的运行安全性。
5.生物医学应用：FBG传感器可以用于生物医学领域中的温度、压力和拉伸等参数的测量。
例如，可以将FBG传感器固定在医用器械上，实时测量医用器械的温度和应变情况，确保医疗操作的安全性。
以上是几个FBG传感器的应用及设计实例。
随着光纤技术的不断发展，FBG传感器将在更多的领域发挥更大的作用，为人们的生活和工作带来更多便利和安全。
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。
一种基于FBG的超高温传感器[发明专利]
![一种基于FBG的超高温传感器[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/8bdff23f28ea81c759f57840.png)
专利名称：一种基于FBG的超高温传感器
专利类型：发明专利
发明人：祝连庆,丁旭东,张钰民,董明利,娄小平,孙广开,何巍申请号：CN201711431759.5
申请日：20171226
公开号：CN108151909A
公开日：
20180612
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于FBG的超高温传感器，包括碳‑碳复合材料基座，碳‑碳复合材料基座的顶部通过第一耐高温陶瓷胶块固定连接有不锈钢管，不锈钢管的内部设置有光纤，不锈钢管的内部还固定连接有光栅，光纤的两端均贯穿光栅且延伸至光栅的外部，光纤位于不锈钢管外部的一端固定连接有APC光纤接头，不锈钢管的顶部且与光栅相对应的位置开设有小孔，涉及光纤传感技术领域。
该基于FBG的超高温传感器，能够实现大范围及超高温度的测量；使用能够承受1000℃超高温的飞秒激光器刻写的Ⅱ型光纤光栅，与一般的光纤光栅温度传感器相比，本发明传感器具有测温范围大、耐超高温、克服温度应变交叉敏感性、可远程监控等优点。
申请人：北京信息科技大学
地址：100085 北京市海淀区清河小营东路12号北京信息科技大学光电学院
国籍：CN
代理机构：北京律恒立业知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
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FBG光栅光纤温度传感器
光纤光栅传感器结构示意图
传统的电学传感器相比： 光波不产生也不受电磁干扰, 易被各种光探测器件接收,可方便地进行光电或电光转换; 光纤的工作频带宽,动态范围大,适合于遥测遥控,是一种优良的低损耗传输线; 光纤本身不带电,体积小,重量轻,易弯曲,抗辐射和抗腐蚀性能好, 适合于易燃、易爆、强 腐蚀性等恶劣环境下使用。
利用光纤布拉格光栅传感系统复用能力 强,重量轻,体积小等优点,埋入监测材料 中可以方便地实现准分布式测量,因而是 最有希望的智能传感网络技术。 用波长为７８０ｎｍ的飞秒激光脉冲在刻写有光 纤布拉格光栅（ＦＢＧ）的单模光纤（ＳＭＦ） 包层 上加工槽状微结构，通过磁控溅射的方法在 其表面沉积温敏薄膜，从而制备一种光纤温度传 感探 头 裸光纤 环状微结构 镀膜后的环状 微结构
膜厚约４．５μｍ。节距 为８０μｍ 的环状微结构 光纤镀膜后的 扫描电镜 （ＳＥＭ）图像
光纤光P)混合检测
宽带光源
耦合器
Bragg光纤光栅
光学滤波器
光电探测器
A/ D
数据处理电路
显示器
相关参考文献
基于光纤布拉格光栅的光纤温度传感器 Optical fiber temperature sensor based on fiber Bragg grating
光纤光栅温度传感器应用领域
Fiber Bragg grating sensor development history 1978年 K. O. Hill 及其 同事 在掺锗石英光纤 效率很低且灵活 中发现光纤的光 性差 敏性,并采用驻波 法制成世界上第 一只光纤光栅 紫外激光所形成 的干涉条纹对光 纤进行侧面横向 曝光 首次报导光纤光 栅用于传感 刻写方法效率高, 且灵活性好,可以 刻写不同周期的 光纤光栅 光纤光栅传感系 统开始实际应用
用于高压电器温度监测的FBG传感系统
用于高压电器温度监测的FBG传感系统¹钱祥忠,王学雷(温州大学物理与电子信息学院,温州325035)摘要:根据光纤光栅的反射光波长对温度变化敏感的特性,提出了用于高压电器温度监测的布拉格光纤光栅(fiber Brag g gr ating,F BG)传感系统。
该系统由宽带光源、光纤光栅温度传感器、可调滤波器、光电转换电路、传输光纤以及系统软件组成。
利用光纤光栅反射波长与温度具有良好线性关系的特性,测量不同温度下对应的栅反射波长变化,经过数据处理,实时显示温度。
系统能实现对多点进行温度实时测量。
对高压开关柜进行了现场测试,测量误差在±0.3℃以内。
关键词:高压电器;温度监测;光纤光栅;温度传感器中图分类号:T M247 文献标识码:A 文章编号:1003-8930(2007)05-0049-03FBG Based Sensing System for Temperature Monitoringof the High Voltage ApparatusQIAN Xiang-zhong,WANG Xue-lei(School of Phy sics and Electronic Info rmation,Wenzhou University,Wenzho u325035,China)Abstract:Accor ding to the sensitiv ity o f t he r eflection w av eleng th o f fiber Br ag g g rating(F BG)to the temper ature changing,a desig n of F BG based sensing sy st em for temper ature m onito ring o f the hig h vo lt age appa ratus is presented.T he sy st em consists of br oa dband source,fiber g ra ting senso r,t unable filter, photo electr ic conver sio n circuit,transmissio n fiber and sy stem sofw ar e.Considering the linear ity between the r eflection wav eleng th and the temper atur e,the temperatur e can be o btained r eal-time w it h t he w avelength measured.Besides,the system can accomplish m ultiple-point measur ing.F ield test to hig h vo ltage sw itchg ear show s that the measuring er ro r is w it hin0.3℃。
FBG光纤光栅高温传感器
FBG光纤光栅高温传感器一、FBG基本概念和测量原理温度测量方法根据温度传感器的使用方式，通常分为接触法测温与非接触法测温两类，如表1所示。
表2是常用测量温度的种类及对应的特性。
表1温度测量两种方式表2常用温度计的种类及特性FBG（Fiber Bragg Grating）是近几年发展最为迅速的光纤无源器件之一。
利用FBG制作的传感器除了具有普通光纤传感器体积小、灵敏度高、带宽大、抗电磁干扰能力强、安全环保等优点外，还可以实现不同功能的传感器(如，温度、应力、加速度、倾斜、压强、曲率、扭矩、振动、超声波、电磁场、浓度以及折射率)同时区分测量，克服了传统传感器测量成本高、精度低以及多个参量间相互干扰的缺点，非常适合应用到实时监测技术的领域中，十分适用于复杂恶劣的工业现场，如油气井下、高温高炉等恶劣的测量环境。
测量原理：FBG温度传感器通过测量Bragg波长的漂移实现对被测量的温度检测，如图1所示，温度的变化会引起光纤光栅的栅距和折射率的变化，从而使光纤光栅的反射谱和透射谱发生变化，当入射光经过Bragg光栅被反射回来，由于受温度的调制，其反射光的中心波长发生了漂移，其漂移量与温度、应变存在线性关系，因此，检测到波长的变化量，就可以求出温度的大小。
图1 温度传感示意图常规I型光纤光栅只能在300℃以下工作，常规FBG并不适用于高温传感领域。
能在300℃以上长期稳定工作、不发生热衰减、不论何种机理形成的光纤光栅均可称为高温光纤光栅。
常见高温光纤光栅有II型光纤光栅、IIA型光纤光栅、特殊掺杂光纤上的光纤光栅、再生光纤布拉格光栅、特殊写入方法的LPG。
（1）II型光纤光栅II型FBG一般是采用高能量紫外激光脉冲或飞秒激光脉冲来制作，其机理是在光纤纤芯／包层界面引起损伤或使光纤中的玻璃晶格结构发生熔融，从而实现周期性折射率调制。
与相比I型FBG，II型FBG的热稳定性好，具有更好的高温性能，可在800℃高温以上长时间使用。
自旋量程可调式金属化FBG温度传感器设计
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ｌａｒｇｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆ ｉｅｌｄ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｇｒａｉｎ ｄｅｐｏｔｓ，ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ，
全光 测量 、本质安全 、不受雷击 、不 受电磁干扰 、使用 寿命 长 等优 点。光纤 传感 技术从 ２０世 纪末至 今 的几 十年 里发 展 极为迅速 ，除了应 用 到常见 的结 构监 测 等领 域… ，同时 也 开始应用在如应变点定 位 、光纤超 声传感 、液 体浓度 测量 、 温度测量等 其他 新 的领域 Ｊ。而光 纤布 拉格 光栅 （ｆ ｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ，ＦＢＧ）温度 传 感器 在结 构上 可 以分 为 管式 结 构 、基片式 、压力 式 等 。实 验 发现 对于 普通 的光 纤 光栅 当温度超过 ２５０℃时涂覆层会 出现熔 化现象 ，因此 ，在
２０１８年 第 ３７卷 第 ｌ１期
传 感器与微系统（Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎ。１。ｇｉｅｓ）
７７
ＤＯＩ：１０．１３８７３／Ｊ．１０００－９７８７（２０１８）１１－００７７－０３
自旋 量 程 可 调 式 金 属 化 ＦＢＧ 温 度 传 感 器 设 计
朱星 盈 ，倪 屹 ，郭 瑜 ，刘化利 ，李岱林
ｐａｃｋａｇｉｎｇ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｅｎａｂｌｅｓ ｔｈｅ ｓｅｎｓｏｒ ｔｏ ｈａｖｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．Ｔ ｈ ｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｆ ｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ。ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｔ １００ ｏＣ ，ｐａｃｋａｇｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｓｔｒａｉｎ ｉｓ ａｂｏｕｔ ０．０７３ ×１０ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｆａｒ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ｍｉｃｒｏ ｓｔｒａｉｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｂｅｒ ｓｔｒｕ ｃｔｕｒｅ ｉｔｓｅｌｆ，ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｓｔｒｅｓｓ．Ａｔ
基于光子晶体光纤FBG的FP温度传感器及其制作方法_CN109580036A
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910059568 .3
(22)申请日 2019 .01 .22
(71)申请人 北京信息科技大学 地址 100085 北京市海淀区清河小营东路 12号
(72)发明人 祝连庆 周康鹏 何巍
(74)专利代理机构 北京市科名专利代理事务所 (特殊普通合伙) 11468
2
CN 109580036 A
说 明 书
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基于光子晶体光纤FBG的FP温度传感器及其制作方法
技术领域 [0001] 本发明属于光纤器件领域，特别是涉及一基于光子晶体光纤FBG的FP温度传感器 及其制作方法。
背景技术 [0002] 光纤传感器具有诸多优良特性，可实现复杂环境下的测量工作具有非常广泛的应 用价值。它具有抗电磁干扰、抗辐射、灵敏度高、重量轻、绝缘防爆、耐腐蚀等特点，且光纤尺 寸微小，具有良好的光传输性能。在各种类型的光纤传感器中，目前精度最高的是干涉型光 纤传感器。其中光纤FP传感器（法布里-珀罗传感器）因只用一根光纤且结构简单体积小、动 态范围大，在生物医学、磁场、微机电系统中受到广泛关注。 [0003] 光纤F-P传感器主要包括非本征型和本征型两大类。非本征型结构的光纤F-P传感 器的是利 用光纤 和一个具有反射面结构的非光纤原件组成 ；本征型光纤F-P结构的 加工方 法一般为将光纤两端面镀膜，通过封装或对接制成，但由于光纤的直径在微米量级，镀膜材 料难以 选择 ，镀膜难度大 ，且在封装或对接时需要精确地控 制镀膜光纤 和精确连接光纤以 减小耦合 损失 ，操作难度大。针对利 用飞秒激光刻写FBG（光纤布拉格光栅）形成的 光纤F-P 传感器，当飞秒激光聚焦到光纤纤芯，由于多光子效应使纤芯性质发生变化，进而其折射率 发生变化，而光纤表面不会受到影响。
FBG可变灵敏度压力传感器设计
FBG可变灵敏度压力传感器设计李凯;赵振刚;李英娜;蔡陈;彭庆军;李川【摘要】为了实现对压力的多灵敏度状态下监测，设计了一种利用光纤Bragg光栅（ FBG）的可变灵敏度压力传感探头。
将裸光栅固定在薄膜片中心与下部外壳之间，传感器探头表面的压力通过薄膜片传递给裸光栅，并可通过灵敏度变换阀改变膜片大小从而改变传感器的灵敏度。
对薄膜片进行有限元仿真优化计算，得到其变形特性。
薄膜片厚1 mm，工作半径分别调节为10，9，8 cm状态下，最大变形出现在膜片中心区域，在0.1 MPa的表面压力作用下，膜片中心处变形分别为3.875，2.561，1.579 mm，裸光栅固定后，对应的灵敏度分别为：38.44，25.62，15.79 mm/ MPa，实现灵敏度变换。
%In order to achieve pressure surveillance in multi-sensitivity state,a kind of variable sensitivity pressure sensing probe is designed using fiber Bragg grating( FBG). Bare grating is fixed between center of thin film sheet and the lower housing. Pressure from surface of sensor probe is transmitted through film sheet to bare grating,and the size of the film sheet is changed by sensitivity switching valve so as to change sensitivity of sensor. Finite element simulation optimization calculation on film sheet is carried out,results in its deformation characteristics. Thickness of the film sheet is 1mm,and working radius is adjusted to 10 cm,9 cm and 8 cm,the maximum deformation occurs at the center of the film sheet under the 0. 1 MPa surface pressure,and the deformation at the center of the film sheet is 3. 875 mm,2. 561 mm and 1. 579 mm. After the bare grating is fixed,corresponding sensitivities are 38. 44 mm/MPa,25. 62 mm/Mpa and 15. 79 mm / MPa,so sensitivity transformation is achieved.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2016(035)006【总页数】3页(P69-71)【关键词】压力;有限元;光纤Bragg光栅;薄膜片;可变灵敏度【作者】李凯;赵振刚;李英娜;蔡陈;彭庆军;李川【作者单位】昆明理工大学信息工程与自动化学院，云南昆明650500; 云南电网有限责任公司电力科学研究院，云南昆明650217;昆明理工大学信息工程与自动化学院，云南昆明650500;昆明理工大学信息工程与自动化学院，云南昆明650500;昆明理工大学信息工程与自动化学院，云南昆明650500;云南电网有限责任公司电力科学研究院，云南昆明650217;昆明理工大学信息工程与自动化学院，云南昆明650500【正文语种】中文【中图分类】TH741由于光纤Bragg光栅（FBG）压力传感器具有抗电磁干扰、耐腐蚀、易于分布式监测且实现不带电监测等优点，广泛应用于石油化工及电力行业，实现非电监测［1，2］。
FBG传感器应用及设计实例
计量光栅式
0.001~1000 mm
测量精度
±0.1% ±（2%~3%
±1% ±0.5% ±（1%~3%） ±0.005% ±1% 3 μm~1 mm
0.5% 3 μm~1 m
工作特点
分辨率较好，可静态或动态测量， 但是机械结构不牢固
使用方便，需要温度补偿
只适用于小位移测量
分辨率好，需要屏蔽磁场干扰
光纤传感
（2）功能型——利用光 纤本身的某种敏感特性。 （感和知）
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光纤传感技术： Optical Fiber Sensor
光纤传感的原理是在外界因素（如温度、压力、加速度、电压、电流、 位移、振动、转动、弯曲、应变以及生物化学量的影响）直接或间接地 作用于光导纤维上时，可以导致光纤本身的传导光性能的改变，从而使 得光纤内部传导的光波的特征参量（如振幅、波长、相位、偏振态和模 式分布等）发生变化。信号可以通过光纤以透射或者反射的形式输出并 进行解调。
8 110
1 59.7 160
单位 mm nm
Gpa mm mm mm N/m mm pm/mm mm
三、基于混合型悬臂梁结构的FBG位 移传感器结构设计与封装
3.1 FBG位移传感器设计原则
3.1.1 相容性
强度相容性 尺寸相容性 界面相容性 场分布相容性
3.1.2 传感特性 3.1.3 工艺性 3.1.4 使用性能
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传 感 器：sensor
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传 感 器：sensor
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光纤传感技术： Optical Fiber Sensor
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光纤传感技术： Optical Fiber Sensor
（ 1 ） 传 光 型 —— 光 纤 仅 仅 起 传输光的作用，它在光纤端面 或中间加装其它敏感元件感受 被测量的变化。（传和行）
如何设计简单的温度传感器电路
如何设计简单的温度传感器电路温度传感器是一种能够测量周围环境温度的装置，广泛应用于各种电子设备和工业控制系统中。
设计一个简单的温度传感器电路可以帮助我们更好地理解温度传感器的工作原理和使用方法。
本文将介绍如何设计一个简单的温度传感器电路，并提供一些实用的建议。
一、基本原理温度传感器电路的基本原理是根据物质的温度变化来测量电阻或电压的变化。
最常见的温度传感器是热敏电阻（Thermistor）和温度敏感电阻（RTD）。
热敏电阻的电阻值随温度变化而变化，通过测量电阻值的变化可以获得温度信息。
温度敏感电阻则是利用金属的电阻随温度变化而变化的特性。
二、材料清单在设计简单的温度传感器电路之前，我们需要先准备一些必要的材料。
以下是一个基本的材料清单：1. 温度传感器：可以选择热敏电阻或温度敏感电阻，根据具体需求选择合适的型号和规格。
2. 运算放大器：通过放大温度传感器输出信号，提高信号的灵敏度和稳定性。
常见的运算放大器有LM741、OPA741等。
3. 器件连接线：用于将温度传感器和运算放大器连接在一起。
4. 电源电池：为电路提供工作电源。
5. 面包板或PCB板：用于搭建电路。
三、电路设计1. 连接温度传感器和运算放大器首先，将温度传感器的正极接入运算放大器的非反馈输入端（+IN），负极接入运算放大器的反馈输入端（-IN）。
这样可以将温度传感器的输出电压转化为放大的差分电压信号。
2. 连接电源将电源的正极连接到运算放大器的电源引脚上，负极连接到地线。
3. 连接输出端将运算放大器的输出端连接到测量电路或显示器上。
四、实用建议1. 温度传感器的安装位置应选择在需要测量温度的区域，避免受到外界热源或冷源的影响。
2. 温度传感器电路应远离高电流、高频率干扰源，以减小测量误差。
3. 在选择运算放大器时，应考虑其工作电压范围、增益、带宽和温度稳定性等参数。
4. 温度传感器的测量范围应根据具体需求进行调整。
需要注意的是，温度传感器的测量范围不能超过其规格参数的范围。
管式封装FBG大量程温度传感器及其特性研究
管式封装FBG大量程温度传感器及其特性研究管式封装FBG大量程温度传感器及其特性研究随着现代工业的不断发展，工业生产中对温度传感器的要求越来越高。
传统的温度传感器只能适用于低温范围，无法满足高温应用的需求。
光纤布拉格光栅（FBG）传感器具有抗干扰性能好、光纤柔软、纤维光学设备可靠性高等优点，因此已成为高温测量领域的研究热点。
本文主要研究管式封装FBG大量程温度传感器的特性。
一、管式封装FBG大量程温度传感器的设计管式封装是将FBG传感器固定在管壁上，并在传感器表面涂一层高温耐磨薄膜，可在高温、高湿、高压等恶劣环境下进行温度测量。
本研究采用了一种螺旋式的管式封装结构，其主要由一根灵活的不锈钢管、一个FBG传感器和一个炭化硅颗粒膜组成。
不锈钢管的直径为1.6 mm，长度为30 cm，表面涂有一层防腐蚀剂。
FBG传感器中心线与不锈钢管中心线平行，两者距离为0.5 mm。
炭化硅颗粒膜是一种高温抗氧化材料，可以耐受1200℃高温。
待传感器安装到管壁上之后，炭化硅颗粒膜可以附着在管壁上，不易脱落。
螺旋式结构的管式封装具有优秀的柔性和可曲性，能适应各种形状的管道。
二、管式封装FBG大量程温度传感器的实验研究本次实验采用了康芝华SD9100A型AOTF载波光谱分析仪进行实验，监测工作波长的中心波长对时间变化的响应，开展了大量程温度传感器的实验研究。
实验结果表明，管式封装FBG大量程温度传感器具有以下特点：1. 高温测量范围广：管式封装FBG大量程温度传感器可以测量从室温到1000℃的范围，具有广阔的应用前景。
2. 稳定性强：传感器的温度读数稳定，且没有明显的漂移。
3. 精度高：传感器测量精度高，误差小于0.5%。
4. 抗扰动性好：传感器对振动和外部干扰的抑制能力强。
三、总结综上所述，管式封装FBG大量程温度传感器具有广阔的应用前景，可以在高温、高湿、高压等恶劣环境下进行温度测量。
由于其精度高、稳定性强、抗扰动性好等特点，可以应用于各种高温测量领域，如钢铁、电力、航空航天等产业中。
如何设计一个简单的温度传感器电路
如何设计一个简单的温度传感器电路温度传感器电路在很多电子设备中起到了至关重要的作用，它可以监测环境温度的变化并将其转化为电信号。
在本文中，我们将介绍如何设计一个简单的温度传感器电路。
以下是一个基于热敏电阻的温度传感器电路设计：材料准备：1. 热敏电阻：选择一个合适型号的热敏电阻，例如NTC（Negative Temperature Coefficient，负温度系数）热敏电阻。
2. 电源：选择一个适当的直流电源，电压范围要符合热敏电阻的工作要求。
3. 运算放大器：选择一个适当的运算放大器来对热敏电阻的信号进行放大和处理。
4. 电阻和电容：根据热敏电阻和运算放大器的要求选择适当的电阻和电容。
电路设计步骤：1. 连接电源：将电源正极连接到电路的正极，负极连接地线。
2. 连接热敏电阻：将热敏电阻的一端连接到电源的正极，另一端连接到运算放大器的非反相输入端。
3. 设置负反馈回路：将运算放大器的输出端连接到其反相输入端，并通过一个适当的电阻和电容与非反相输入端连接。
4. 连接电阻和电容：根据设计要求，将适当的电阻和电容连接到运算放大器的电路中。
5. 连接输出端：将运算放大器的输出端连接到需要接收温度信号的电路或设备中。
6. 调整电阻值：根据实际需要，通过调整电阻的值来使温度传感器电路的灵敏度和范围达到最佳效果。
7. 测试和校准：将电路连接到温度源上（例如温度控制器或热水浴），观察运算放大器的输出变化。
根据实际温度进行校准，确保电路的准确性和稳定性。
总结：通过上述步骤，我们设计了一个简单的温度传感器电路。
需要注意的是，在实际设计过程中，还需考虑噪声和温度的非线性特性等因素。
因此，在更复杂的应用中，可能需要更高级的电路设计和信号处理技术。
这里只是一个入门级的设计示例，供初学者参考。
设计一个高性能和精度的温度传感器电路需要深入的专业知识和经验，所以在实际应用中，可能需要借助专业工程师的帮助。
但通过以上的设计指南，您可以了解到设计温度传感器电路的基本原理和步骤，并能够根据具体需求进行合理的设计和调试。
气体压力式FBG温度传感器设计
气体压力式FBG温度传感器设计段效琛;李英娜;陈富云;赵振刚;李川【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2017(036)005【摘要】针对基于电信号传输的温度传感器难以在石油、化工、变电站等高危环境中做检测的问题,设计了气体压力式光纤Bragg光栅(FBG)温度传感器.采用气体压力式结构,在等强度悬臂梁上下表面的中心轴线上各粘贴一只具有相同敏感系数的FBG,分析了该温度传感器的工作原理,建立了其理论数学模型,并组装了传感器.通过对设计的气体压力式FBG温度传感器进行升降温实验测试,得到传感器的静态性能特性:传感器的线性度为3.59％FS,升温过程中灵敏度为10.14 pm/℃,降温过程中灵敏度为9.99 pm/℃.%Aiming at p roblem that temperature sensor based on electrical signal transmission is difficult to perform detection in high-risk environment such as petroleum,chemical,substations and so on,design a gas pressure type fiber Bragg grating(FBG) temperature sensor.The sensor uses gas pressure type structure,pastes two FBG with same sensitivity coefficients on the central axis of upper and lower surfaces of equi-intensity cantilever beam,analyze principle of temperature sensor,build up its theoretical mathematical model,and assemble the sensor.Through temperature ramp test on gas pressure fiber Bragg grating sensor,get static characteristics of the sensor as follows:the linearity of the sensor is 3.59 ％FS,the heating process sensitivity is 10.14 pm/℃,the cooling process se nsitivity is 9.99 pm/℃.【总页数】4页(P127-129,133)【作者】段效琛;李英娜;陈富云;赵振刚;李川【作者单位】昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南昆明650500;昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南昆明650500;昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南昆明650500;昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南昆明650500;昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南昆明650500【正文语种】中文【中图分类】TP212【相关文献】1.浅谈蒸汽压力式温度计和气体压力式温度计的原理、使用与校正 [J], 韦靖2.气体膨胀型自力式温度调节阀传感器设计 [J], 贺连娟;李树勋;把桥环;杜兆年3.自旋量程可调式金属化FBG温度传感器设计 [J], 朱星盈;倪屹;郭瑜;刘化利;李岱林4.适应海管结构形态监测的工程化FBG传感器设计 [J], 王花平;冯思远;景鑫;弓翔舒;李齐明5.用于高温环境的压力式光纤光栅温度传感器设计 [J], 黄嘉;陈富云;邓霄冉;赵振刚;李川因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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FBG温度传感器——波长调制
1、基本原理
短周期光纤光栅又称为光纤布拉格光栅（FBG）是一种典型的波长调制型光纤传感器这种传感器能根据环境温度以及/或者应变的变化来改变其反射的光波的波长。
其结构如图所示
基于光纤光栅传感器的传感过程是通过外界参量对布拉格中心波长λB的调制来获取传感
信号，其数学表达式为错误！未找到引用源。
=2n eff A
错误！未找到引用源。
为Bragg波长，A为光栅周期，n为光纤模式的有效折射率。
引起光栅布拉格波长飘移的外界因素如温度、应力等会引起光栅周期A 和纤芯有效折射率的改变。
其中光纤布拉格光栅反射波长随应变和温度的变化可以近似地用方程
其中Δλ是反射波长的变化而λo 为初始的反射波长。
2、传感器结构设计
FBG温度传感器的基本构造如下图所示
光纤温度监测系统主要由光纤光栅传感器、传输信号用的光纤和光纤光栅解调器组成。
光纤光栅解调器用于对光纤光栅传感器的信号检测和数据处理，以获得测量结果，传输光纤用于传输光信号，光纤光栅传感器则主要用于反射随温度变化中心波长的窄带光，光纤光栅反射波长的移动与温度的变化成线性关系，通过解调器测量光纤光栅反射波长的移动,便可确定环境温度T。
由于光纤布拉格光栅周期和纤芯的有效折射率会同时受到应变和温度变化的影响。
当进行温度测量的时候，光纤布拉格光栅必须保持在完全不受应变影响的条件下。
即需要对光纤光栅传感部分进行封装，保证传感部分不受到外界应力的影响。