光纤温度传感器汇总.

优点： 1、蓝宝石单晶物理化学性能稳定、机械强度好、本质绝缘, 耐腐蚀 2、在0.3～0.4μm波段范围内透光性很好,熔点高达2 045℃ . 3、蓝宝石单晶光纤既有蓝宝石单晶的优良性能又有光波导 的特点, 测温范围在500～2 000℃
缺点：当温度高于1 700℃时,表面有所变化,应用受到一定的 限制
3.反射式光纤温度传感器
传感原理：反射率随温度变化。
这种结构的传感器其输出随温度变化的响应速度较快,响 应时间小于3秒
测温范围：0一150 ℃,准确度1 ℃
3反射式温度传感器
分束1 光源 分光器 分束2 信号处理 显示 光纤传感器 反射后的信号
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。
2、半导体吸收式光纤温度传感器
温敏元件采用半导体材料(如GaAs）制成。其光谱透过率T（λ，t）为温度和 波长的函数
光强和温度的关系：
2neff 2neff
4.光纤光栅温度传感器测温系统
滤分复用器
泵浦光源
980/1550nm 1500nm 光纤光栅 滤光片
2.光纤传输型温度传感器
非接触式
1
双波长光纤温度传感器
4
接触式
2
3 4 5 6
半导体吸收式光纤温度传感器 使用双金属片的光纤温度传感器
新型结构光纤温度传感器 光纤荧光温度传感器
辐射式光纤温度传感器
非接触式双波长光纤温度传感器
光电转换
光纤传感头
分路器 光电转换
接收黑体 腔发射的 辐射光波
A/D转换
单片机
温度显示
进行A/D转 换，由二 次仪表计 算出温度
波分复用 器将辐射 光转换成 电信号
从测量 现场传 回至仪 表
接触式光纤温度传感器
接触式双波长光纤温度传感器
蓝宝石光纤可以构成良好的黑体式温度传感器. 传感器在蓝宝石光纤的一端涂覆高反射率的感温介质薄层, 并经高温烧结形成一个微型的光纤感温腔.在其接触热源达 到热平衡时,感温腔辐射的光信号经蓝宝石光纤传输耦合进 传输光纤内.
IS [
Ia [
1
exp( hc / kT ) 1
1 exp( hc / kT ) 1
1] S4
1] a4
s , a ----斯托克斯光和反斯托克斯光波长；
h ----普朗克常数； c ----真空中的光速； k -----波尔兹曼常数； -----偏移波数； T -----绝对温度。
光纤光栅布喇格 波长的变化
测出被测参 量的变化
建立两者之间建 的关系
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,产生模式藕 合,满足布喇格条件的波长光被反射,于是有
B =2n eff
光纤栅格周期
neff 导模的有效折射率
光纤光栅的中心反射波长 B 随 neff 的改变而改变，由于温 度和应力的变化都导致 和neff发生变化,产生 和 neff 可得布喇格条件的发射光波长的移位为
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
1
功 能 型
干涉式光纤温度传感器 分布式光纤温度传感器
2 3
4
反射式光纤温度传感器
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 • 工作原理：当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.
简述光纤温度传感器原理 及应用分析
目录
光纤传感器基本原理 功能型光纤温度传感器 传输型光纤温度传感器 总结与展望
1 2
3
4
一、光纤传感原理
物理量敏感特性
二、光纤温度传感器
相关 应用 特点 原理 分类
光纤温度传感器
功能型
传输型
功能型：利用Hale Waihona Puke Baidu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
在系统设计中,采用双通道双波长比较的方法,即对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
分布式光纤温度传感器系统
定向耦合器 LD 光纤 光滤波
斯托克斯
APD
APD
反斯托克斯
放大
放大
数据采集与信号处理
接口电路
CPU
2.分布式光纤温度传感器
Ar激光器
透镜
分束器 透镜 双光栅单色仪 反光镜
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量的变化转化为作用于光纤光栅上的应变 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量变化的关系,就可以由光纤光栅布喇格波长的变化,测 量出被测量的变化。
将被测参 量的变化
光纤光栅上 的应变或温 度的变化
温度场
dL d dl dn tL tL tLK (n ) dt dt dt dt
dl 单位长度光纤温度变化一度时 dt 产生的变化
d 温度变化一度时β产生的变化 dt
2.分布式光纤温度传感器
拉曼散射光就是由斯托克斯光和反斯托克斯光这两种不同波长的光组成 的,其波长的偏移由光纤组成元素的固定属性决定,因此拉曼散射光的强 度与温度有关,其关系如下:
激光器
扩光器
光纤
温度场
• 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β , 纤芯的折射率为n,光在真空中 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
1 L1 2 L2
扩光器
光纤
kn 2 n /
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：
温度场
光纤 计算机 光子计数器 光电倍增管
调制 光线
分束器、反光镜、双光栅单色仪
拉曼散射
斯托克斯和反斯托克斯散射光
光电倍增器
过滤噪声
计算机
电子计数器
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. 主要优点是: 1、非接触测量,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.