光纖溫度傳感器有哪些分類?大佬探析光纖溫度傳感器結(jié)構(gòu)

溫度傳感器可以說是最常用的傳感器類型之一，比如空調(diào)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(rèn)識，本文將對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(jié)構(gòu)，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(xù)往下閱讀哦。

一、光纖溫度傳感器及其結(jié)構(gòu)

光纖溫度傳感器是一種傳感裝置，利用部分物質(zhì)吸收的光譜隨溫度變化而變化的原理，分析光纖傳輸?shù)墓庾V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(fā)生變化，因此輸出的光功率與溫度呈函數(shù)關(guān)系。其物理本質(zhì)是利用光纖中傳輸?shù)墓獠ǖ奶卣鲄⒘?，如振幅、相位、偏振態(tài)、波長和模式等，對外界環(huán)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(tǒng)主要包括端部摻雜的光纖傳感頭、 Y型石英光纖傳導(dǎo)束、 超高亮發(fā)光二極管(LED)及驅(qū)動電路、 光電探測器、熒光信號處理系統(tǒng)和輻射信號處理系統(tǒng)。

系統(tǒng)的工作原理為: 在低溫區(qū)(400℃以下)， 輻射信號較弱， 系統(tǒng)開啟發(fā)光二極管(LED)使熒光測

溫系統(tǒng)工作。 發(fā)光二極管發(fā)射調(diào)制的激勵光， 經(jīng)聚光鏡耦合到Y(jié)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(fā)而發(fā)射熒光，熒光信號由光纖導(dǎo)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(jīng)放大后由熒光信號處理系統(tǒng)處理， 計算熒光壽命并由此得到所測溫度值。 而在高溫區(qū)(400℃以上)， 輻射信號足夠強， 輻射測溫系統(tǒng)工作， 發(fā)光二極管關(guān)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(zhuǎn)換成電信號， 系統(tǒng)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(xiàn)光激勵時的熒光發(fā)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(fā)射部分與熱輻射部分的相互干擾， 對保證整個系統(tǒng)的性能十分重要。

經(jīng)過分析， 可以發(fā)現(xiàn)這種干擾主要表現(xiàn)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(nèi)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(tǒng)，其原理最早于1981年提出，后隨著科學(xué)家的實驗研究，最終研制出了此項技術(shù)。這種傳感器原理發(fā)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(fā)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(xué)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(xué)1997年發(fā)明出煤礦溫度檢測的傳感器系統(tǒng)，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(dāng)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(fā)光的特性，來檢測發(fā)光區(qū)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(xiàn)發(fā)光的情況，發(fā)射出的光參數(shù)和溫度是有著必然聯(lián)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(shè)計過此類傳感器，例如，韓國漢城大學(xué)發(fā)現(xiàn)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(yīng)的溫度指數(shù)是20℃～290℃;我國清華大學(xué)借用半導(dǎo)體GaAs原料來吸收光，進而以光隨溫度改變的原理，研發(fā)出了溫度范圍是0℃～160℃的光纖熒光溫度傳感器。

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