哈工大光纤传感技术结题论文 .pdf

光纤温度传感器读书

报告

导师：刘丽华

学院：机电工程学院

学号：1100800609

姓名：王震宇

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光纤温度传感器的研究进展和应用

关键词:光纤传感;温度;研究进展;应用

摘要:分析了光纤温度传感器的优点,综述了光纤温度传感器的发展

现状和应用。分别介绍了分布式光纤温度传感器,光纤光栅温度传感

器,干涉型光纤温度传感器,光纤荧光温度传感器和基于弯曲损耗的

光线暗温度传感器的工作原理和研究现状,详细介绍了各种传感器的

特点及各自的研究方向。

0引言

温度是很常见也是很重要的物理量，它与人类生活和科学研究有着

密切关系，所以温度的检测至关重要。但是其中的一些应用领域将面

临特殊的工作环境，这对于温度的测量可能会造成一些特殊的困难。

例如油井中的温度会随着开采深度的增加而不断提高，电力系统的测

温环境具有高电压，大电流，强电磁干扰和空间狭小等特点，这就要

寻求可靠性高，抗电磁干扰性强，响应快，体积小的新型传感器。尽

管目前已有许多高温研究成果，但对于像火药燃烧时的温度等变化的

高温数据很难通过传统的热响应率较慢的热电偶得到，并且所测结果

是否能准确反映客观对象的真实情况也是一个棘手的问题。此时传统

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的温度传感器难以进行有效的实时监测。近年来充分发挥光纤特性的

光纤传感器为解决这些测试技术难题提供了途径。

光纤测温是二十世纪七十年代发展起来的一门新兴测温技术，与传

统的温度传感器相比具有很多优点，光波不产生电磁干扰，也不怕电

磁干扰，易被各种光探测器接收，可方便地进行光电或电光转换，易

与高度发展的现代电子装置和计算机相匹配，光纤共走频率宽，动态

范围大，是一种低损耗传输线，光纤本身不带电，体积小质量轻，易

弯曲，抗辐射性能好，特别适合于易燃，易爆，空间受严格限制及强

电磁干扰等恶劣环境下使用。国外一些发达国家对光纤温度传感技术

的应用研究已取得丰富成果，不少光纤温度传感器系统已实用化，成

为替代传统温度传感器的商品。所有与温度相关的光学现象或特性，

本质上都可以用于温度测量。基于此，用于温度测量的现有光学技术

相当丰富。目前对于光纤温度传感器的研究占到将近所有光纤传感器

研究的20%。

光纤温度传感器的研究，除对现有器件进行外场验证，完善和提高

外，目前有以下几个发展动向：开发包括测量温度在内的多功能的传

感器；研制大型传感器阵列，实现全光学遥测

一光纤温度传感器的光学原理及其分类

在光纤中主要涉及三种散射:瑞利散射,喇曼散射和布里渊散射,根据

这三种散射,分布式光纤温度传感器可分为下面三种类型.

1.1瑞利散射

瑞利散射是指光与微小粒子相遇时,光将向各个方向散射的现象.光

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纤在制造拉丝过程中,从2000℃的高温迅速冷却到20℃左右的室温.

这样,在2000℃时产生的密度分布不均匀和成分组成的不规则将残留

在光纤中.这种微小的密度分布不均匀和微小的组成不规则性将产生

瑞利散射损耗.瑞利散射系数随温度的不同会发生变化,且温度的变化

会引起光纤数值孔径的变化,这将导致光纤中瑞利散射光强被温度调

制发生变化.测量不同时刻从传感光纤返回的瑞利散射光强就能够得

到延光纤各个位置上的温度场分布.在床柜的二氧化硅光纤中,温度的

变化,引起光纤数值孔径和瑞利散射系数的变化很小,但是在液芯光纤

中,瑞利散射系数具有很强的温敏性,从而使接收到的后向散射光强发

生变化.因此,可以通过光脉冲传输过程中不同时间返回的接收光强信

息来测定整条光纤的温度分布.

由于液芯光纤的使用,使得此方案存在很多限制:液体存在冰点和沸

点,因而温度测量范围受到了很大限制,光纤的不纯或者有微粒,将增

加光纤的散射面或者光纤局部损耗,从而使得信号不准确,给出错误的

温度信息.另外液芯光纤的使用也不方便.这种方案是分布式温度传感

方案的基础,但其只能在试验室内工作良好,能达到在几百米长的光纤

上实现3℃的测温,温度的空间分辨率达到5m.

基于瑞利散射的分布式温度传感器系统结构比较简单,所需元器件

少,