發布日期：2022-10-09 點擊率：64
溫度傳感器可以說是最常用的傳感器類型之一，比如空調溫度的顯示等，均依賴于溫度傳感器。為增進大家對溫度傳感器的認識，本文將對光纖溫度傳感器進行介紹。通過本文，你將了解到光纖溫度傳感器及其結構，以及光纖溫度傳感器的分類。如果你對溫度傳感器具有興趣，不妨繼續往下閱讀哦。
一、光纖溫度傳感器及其結構
光纖溫度傳感器是一種傳感裝置，利用部分物質吸收的光譜隨溫度變化而變化的原理，分析光纖傳輸的光譜了解實時溫度，主要材料有光纖、光譜分析儀、透明晶體等，分為分布式、光纖熒光溫度傳感器。
光纖溫度傳感器采用一種和光纖折射率相匹配的高分子溫敏材料涂覆在二根熔接在一起的光纖外面，使光能由一根光纖輸入該反射面從另一根光纖輸出，由于這種新型溫敏材料受溫度影響，折射率發生變化，因此輸出的光功率與溫度呈函數關系。其物理本質是利用光纖中傳輸的光波的特征參量，如振幅、相位、偏振態、波長和模式等，對外界環境因素，如溫度，壓力，輻射等具有敏感特性。它屬于非接觸式測溫。
從室溫到1800℃全程測溫的光纖溫度傳感器的系統主要包括端部摻雜的光纖傳感頭、 Y型石英光纖傳導束、 超高亮發光二極管(LED)及驅動電路、 光電探測器、熒光信號處理系統和輻射信號處理系統。
系統的工作原理為: 在低溫區(400℃以下)， 輻射信號較弱， 系統開啟發光二極管(LED)使熒光測
溫系統工作。 發光二極管發射調制的激勵光， 經聚光鏡耦合到Y型光纖的分支端， 由Y型光纖并通過光纖耦合器耦合到光纖溫度傳感頭。
光纖傳感頭端部受激勵光激發而發射熒光，熒光信號由光纖導出， 并通過光纖耦合器從Y型光纖的另一分支端射出， 由光電探測器接收。
光電探測器輸出的光信號經放大后由熒光信號處理系統處理， 計算熒光壽命并由此得到所測溫度值。 而在高溫區(400℃以上)， 輻射信號足夠強， 輻射測溫系統工作， 發光二極管關閉。
輻射信號通過藍寶石光纖并通過Y型光纖輸出， 由探測器轉換成電信號， 系統通過檢測輻射信號強度計算得到所測溫度。
光纖傳感頭端部由Cr3+離子摻雜， 實現光激勵時的熒光發射。 摻雜部分光纖長度為8～10 mm。 端部光纖的外表面同時鍍覆黑體腔， 用于輻射測溫。 (這時，光纖黑體腔長度與直徑之比大于10，可以滿足黑體腔表觀輻射率恒定的要求)。 值得注意的是， 避免或減少熒光發射部分與熱輻射部分的相互干擾， 對保證整個系統的性能十分重要。
經過分析， 可以發現這種干擾主要表現為:
1) 熒光信號中輻射背景信號對熒光壽命檢測精度的影響，
2) 光纖表面鍍覆對熒光強度的影響，
3) 光纖內Cr3+離子摻雜對黑體腔熱輻射信號的影響。
二、光纖溫度傳感器分類
(一)分布式光纖溫度傳感器
分布式光纖溫度傳感器，通常用在檢測空間溫度分布的系統，其原理最早于1981年提出，后隨著科學家的實驗研究，最終研制出了此項技術。這種傳感器原理發展是基于三種傳感器的研究，分別是瑞利散射、布里淵散射、喇曼散射。在瑞利散射(OTDR)和布里淵散射(OTDR)的研究已取得了很大的進展，因此未來的傳感器研究熱點，將放在對基于喇曼散射(OTDR)的新分布式光纖傳感器的研究上。
最近，土耳其Gunes Yilmaz開發出了一種分布式光纖溫度傳感器，此傳感器的溫度分辨率是1℃，空間分辨率是1。23m。在我國也有很多大學展開了對分布式光纖溫度傳感器的研究，例如，中國計量大學1997年發明出煤礦溫度檢測的傳感器系統，其檢測溫度為-49℃～150℃，溫度分辨率為0。1℃。
(二)光纖熒光溫度傳感器
當前最熱門的研究，就是針對光纖熒光溫度傳感器，其是利用熒光的材料會發光的特性，來檢測發光區域的溫度。這種熒光的材料通常在受到紫外線或紅外線的刺激時，就會出現發光的情況，發射出的光參數和溫度是有著必然聯系的，因此可以通過檢測熒光強度來測試溫度。
世界各國的高校都設計過此類傳感器，例如，韓國漢城大學發現10cm的雙摻雜光纖，在其915nm的地方所反射出的熒光強度所對應的溫度指數是20℃～290℃;我國清華大學借用半導體GaAs原料來吸收光，進而以光隨溫度改變的原理，研發出了溫度范圍是0℃～160℃的光纖熒光溫度傳感器。
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