光纤光栅温度传感器课件.ppt

《光纤光栅温度传感器课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光纤光栅温度传感器课件.ppt（17页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、光纤光栅温度传感器,光纤光栅传感器,光纤光栅传感器（Fiber Bragg Grating Sensor）属于光纤传感器的一种，基于光纤光栅的传感过程是通过外界物理参量对光纤布拉格（Bragg）波长的调制来获取传感信息，是一种波长调制型光纤传感器。自从1989年Morey等人首先对光纤光栅的应变和温度传感特性进行了研究后，光纤光栅传感器的应用领域不断拓展，现在人们已将其逐步应用于多种物理量的测量，制成了各种传感器。,光纤光栅传感系统,光纤光栅温度传感器,电类温度传感器：热电偶温度传感器、热敏电阻温度传感器光纤光栅温度传感优点：灵敏度高，体积小，耐腐蚀，抗电磁辐射，光路可弯曲，便于遥测等。由于测

2、量信息是利用波长编码,所以光纤光栅传感器的测量信号不受光源起伏、 光纤弯曲损耗、 连接损耗和探测器老化以及光波偏振态的变化等因素的影响,有较强的抗干扰能力应用：石化、电力、水坝、桥梁和重要建筑的安全监测,光纤光栅感器工作原理,光纤光栅的中心反射波长可表示为光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，在光纤纤芯上建立起的一种空间周期性折射率分布，使其对特定波长的入射光具有反射作用， 其反射中心波长称为 Brag 波长， 定义为g,光纤光栅温度传感器测温原理,光纤光栅的温度特性受外界环境温度影响, 光纤光栅的反射波长发生移动,温度变化引起的光纤光栅反射波长移动可表示为光纤光栅反射波 长的移动与温度的变化成线性

3、关系，通过测量光纤光栅反射波 长的移动,便可确定环境温度 T,光纤光栅温度传感器测温原理,neff和的变化都将引起光纤光栅中心波长的变化，而光纤光栅受到外界因素(如温度、应变)等作用时，会引起neff和的变化，从而引起光纤光栅中心波长的偏移为光纤的 热光系数 ,描述光纤折射率随温度的变化关系为光纤 的热膨胀 系数,描述光栅的 栅距随温度 的变化关系,应用中要解决的难题,裸栅的处理：光纤光栅十分纤细， 强度较低， 容易在工况中受到损坏，要对裸栅进行封装，增强传感器的机械强度和增长其使用寿命封装： 光纤光栅温度传感器的封装形式主要有基片式、 金属管式和聚合物封装方式 。封装会影响传感器的响应速度和

4、传感特性(如重复性 线性度以及一致性等)，会降低 温度测量的现精确， 影响监测效果,应用中要解决的难题,灵敏度：普通的光纤光栅其温度灵敏度只有0.01 nm/左右，这样对于工作波长在1550nm的光纤光栅来说，测量100的温度范围波长变化仅为1nm波长解调：要达到较高的分辨率,通常需使用代价较大的高分辨率波长解调系统,例如高分辨率光谱仪或干涉仪等。应用分辨率为1pm的解码仪进行解调可获得很高的温度分辨率，而如果因为设备的限，采用分辨率为0. 06nm的光谱分析仪进行测量，其分辨率仅为6度，远远不能满足实际测量的需。,光纤光栅波长的解调,光纤Bragg光栅是通过其反射回的波长的变化来反映光栅所受

5、应力或者温度的改变的，波长解调技术的优劣将直接影响整个系统的检测精度。对波长信息的解调，传统上一般使用单色仪，光谱仪以及带有色散元件的CDC探测器，但是这些解调系统都存在造价高、体积大、不易携带的缺点。为此，人们相继提出了多种结构简单、更为实用的解调方法，如匹配光栅法、波长扫描法、边缘滤波器线性解调法、干涉解调法等。,基于长周期光栅的波长解调,利用一长周期光栅( LPG) 作为线性滤波器,宽带光源经此长周期光栅调制后入射到传感光栅, 可解调布拉格传感光栅的波长位移。,波长解调原理,在长周期光栅的透射谱中, 特定谐振损耗峰的强度下降边(或上升边)所包含的某一波长范围内其光强度为线性的减小(或增大) ，利用这一点可实现长周期光栅对宽带光源的调制,产生一个在某波长范围内强度为线性变化(下降或上升)的光源。选择具有合适波长的光纤布拉格光栅,使其中心波长处于长周期光栅透射谱的线性区范围内, 并靠近线性区的中间位置,波长解调原理,当传感光栅的波长被传感信号调制时,其反射峰在线性区的位置发生变化, 但其谱形不随被测信号改变,则反射的绝对光功率将呈线性变化,因此光电探测器的光电流将呈线性变化, 这样可解调光纤布拉格光栅的波长变化。这一原理与线性滤波器相似。,