光纤光栅温度传感器 报告

波长调制型光纤温度传感器《光纤传感测试技术》课程作业报告20111027日11研究背景（执笔人：）长的变化来确定北侧参量的传感方法即为波长调制型光纤传感器。光纤光栅传感器是一种典型的波长调制型光纤传感器。基于光纤光栅的传感过程是通过外界参量对布拉格中心波长B的调制来获取传感信息，其数学表达式为： 2n B eff式中：neff为纤芯的有效折射率；是光栅周期。这是一种波长调制型光纤温度传感器，它具有一下明显优势：抗干扰能力强。由于光纤传感器是利用光波传输信息，而光纤又是电绝缘、耐腐地传感，具有很高的可靠性和稳定性。料和结构。测量结果具有良好的重复性。便于构成各种形式的光纤传感网络。可用于外界参量的绝对测量。光栅的写入技术已经较为成熟，便于形成规模生产。复用系统相结合，实现分布式传感。2限制等。料的结构和载荷，探测其损伤的传感器。传感设计与可行性论证（）根据耦合模理论，光纤布拉格光栅的中心反射波长可以表示为： 2n B effn n式中eff为导模的有效折射率，为光栅的周期。由(1)式可以看出，中心反射波长Bnn与有效折n

eff射率和光栅周期

有关；有效折射率

eff和光栅周期

会随着温度、压力、应变的变化而变化，从而根据中心反射波长的变化量来测量温度，压力，应变等变化量。当光纤光栅受到轴向外力及温度的影响时，其光栅周期

和纤芯折射率

neff将会发生变化，光纤光栅反射波长也会发生变化。其关系式为： 2nB eff

2n eff对于(2)式，假设仅有温度变化时，由热膨胀效应引起的光栅周期变化为：=T (3)式中为光纤的热膨胀系数。热光系数引起有效折射率变化为：neff

=neff

T (4)式中 为光纤的热光系数，表示折射率随温度的变化率。因此可得光纤布喇格光栅的温度灵敏度系数：

TK TTB

(5)，0.5106/，

7.0106/

oC，可以估算出常温下光纤光栅的温度灵敏度系数大约为7.5106/oC。3v1.0可编辑可修改光栅传感器，其温度灵敏度系数为：TK T TB

(1Pe s

)传感器解调系统设计（）FBG样的。通过从干涉光强中解出相位差的信息，就能得到反射光中心波长的信息。图1基于非平衡M-Z干涉仪的解调方案4用于信号解调的干涉仪有M-Z干涉仪、Michelson干涉仪和Sagnac环干涉仪等。1992年以来等人就先后提出了一系列基于非平衡M-Z干涉仪的解调方案，其基本结构如图1所示。M-Z干涉仪两臂引入的路程差为L，那么干涉时的相位差可表示为：2n L() effB如果不引入其他噪声，且两束干涉光光强相等时，其干涉光强可表示为：)=A+Acos(B

2n Leff )B的直流分量，从而提高系统的分辨率。2误差分析（）FBG温度传感器增敏的原理是利用FBG对温度和应变同时敏感的特性，通过合理的结构设计，把FBG和高热膨胀系数材料封装在一起，当被测温度变化时，通过高热膨胀系数材料的形变向FBG施加一个应变量，使得FBG的返回波长变化量加大。基于此原则的方法大体上分为两种:(1FBG粘贴在高热膨胀系数材料上，当温度升高时，高膨胀系数材料直接拉动FBG，使FBG的应变加大，返回中心波长的变化量增加。然而，这种增敏方式有明显的缺点:增敏效果受到材料的热膨胀系数制约、分辨率有限、而且伴有啁啾的负面效应。(2FBG长度的变化量，从而提高FBG灵敏度。可是，他们没有对该类型的FBG温度传感器的结构和精度作进一步研究，限制了它的应用范围。5v1.0可编辑可修改基于上面所提到的2个缺点，利用光纤光栅对温度和应变同时敏感的特性，设计制作了一款双金属光纤光栅温度传感器，在地震前兆观测时能满足地温观测的精度要求。双金属的温度增敏原理如图2所示。图2传感器结构示意图。当温度变化时，材料A和材料B长度均变化，且A长度的变化量比B长度的变化量大得多，A、B长度的变化量的差值直接传递给了FBG。当FBG的应变发生变化时，其返回波长会随之发生变化。FBGA和B的长度和选用不同热膨胀系数的材料来控制FBG的应变量，从而实现高分辨率和高精度的温度测率4℃/pm，6v1.0可编辑可修改图3双管式光纤光栅温度传感器结构示意图。3为双管式光纤Bragg应力应变向内管的作用，避免了外力通过内管传递给光纤Bragg光栅。同时，由于内、外管均是热传导性能良好的金属材料(比如:铜)，故温度仍能通过外管和内管传递给光Bragg光栅，从而使得Bragg1.55%心得体会40年，而且正在往在关于光纤传感器的原理结构方面，我们选择了两个方案结构来实现，第一个为基于Mach-ZehnderMach-Zehnder通过电子电路方式实现温度传感。该方案运用到LED以及低通滤波器等，操作性较为可行，7理的方案一其灵敏度较高，实现的可能性更高。/r/