(完整版)光纤光栅温度传感器

实验名称 光纤光栅温度传感实验一 实验目的1、了解在光纤的纤芯中制作光栅的基本方法（光纤光栅的制作）；2、掌握光纤光栅信号传输的原理；3、掌握光纤光栅温度传感的原理；4、进一步掌握新的光纤光栅布喇格波长的检测方法（长周期光纤光栅线性滤波解调方法）；5、掌握普通光纤光栅温度传感的优点及其适用范围。

二 实验仪器ASE 自发辐射宽带光源，光纤跳线，法兰盘，光谱仪（单模通信光纤接口），光纤耦合器（测反射谱峰值时用，测透射谱峰值不需要），温度控制仪（模拟实际测量温度场），光纤熔接机（代价大，仅限备用）三 实验原理1. 光纤布喇格光栅原理光纤布喇格光栅的原理是由于光纤芯区折射率周期变化造成光纤波导条件的改变，导致一定波长的光波发生相应的模式祸合，使得其透射光谱和反射光谱对该波长出现奇异性，图1表示了其折射率分布模型。

整个光纤曝光区域的折射率分布可表示为：1121232[1(,,)] r (,,) r rn F r z a n r z n a a n a ϕϕ⎧+≤⎪=≤≤⎨⎪≥⎩ （1）式中 F(r,φ,z ）为光致折射率变化函数，具有如下特性：1(,,)(,,)n r z F r z n ϕϕ∆=maxmax 1(,,) (0)n F r z z L n ϕ∆=<< (,,)0 ()F r z z L ϕ=>式中 a 1 为光纤纤芯半径；a 2为光纤包层半径，相应的n 1为纤芯初始折射率；n 2为包层折射率；△n(r,φ,z ）为光致折射率变化；△n max 为折射率最大变化量。

因为制作光纤光栅时需要去掉包层，所以这里的n 3一般指空气折射率。

之所以式中出现r 和φ坐标项，是为了描述折射率分布在横截面上的精细结构。

图1 光纤光栅折射率分布示意图为了给出F(r,φ,z ）的一般形式，必须对引起这种折射率变化的光波场进行详尽分析。

目前采用的各类写入方法中，紫外光波在光纤芯区沿径向的光场能量分布大致可分为如下几类：均匀正弦型、非均匀正弦型、均匀方波型和非均匀方波型。

光纤Bragg光栅温度传感器温敏实验【摘要】油气田生产测井一个重要任务是测量温度参数。

而由于光纤bragg光栅温度传感器的固有优点，是最热门的油气井下常规温度传感器的潜力替换产品。

将光纤光栅用少量环氧树脂胶粘贴于膨胀系数和光纤相等的特殊材料上，制成温敏元件。

根据油气井下温度的范围，设计了35-105℃裸光纤bragg光栅温度传感特性实验，采用精度±1℃的温控箱进行加热，每隔10℃测量一点，每点温度间隔至少15分钟，无论是温度上升还是下降，温度和中心波长的线性关系都很好，上升时r2=0.9999，下降时r2=1；另外，上升时光栅灵敏度为10pm/℃，下降时光栅灵敏度为9.8 pm/℃，与理论相差很小，说明所封装的温度传感器在35～105℃的工作温度范围内性质稳定，可用于实际油气井动态温度监测。

【关键词】光纤光栅温度传感特性封装1 前言光纤bragg光栅由于其在温度参数测量方面固有的优点，越来越受到业内专家的重视[1-4]。

本文设计了一种光纤bragg光栅温度传感器，对其在35～105℃温度条件下的进行温敏实验。

2 光栅结构及传感原理利用紫外激光的干涉条纹在一定范围内照射具有光敏性的光纤，可使该段光纤纤芯的折射率发生永久周期性的改变，形成光纤bragg光栅。

bragg光纤光栅从本质上来说相当于一个窄带滤波器，当具有一定波谱范围的入射光传输到光纤bragg光栅时，光栅就会把满足bragg条件的、且被外界环境参量（如温度、压力、应力、流量等）调制过的入射光反射回来，通过对反射光谱进行解调，即可获得所需（压力、温度）信息，其结构如图1所示。

3 温度传感器封装结构本次实验选用的基底为圆形，材质采用膨胀系数和光纤相等的特殊材料，长度10cm，直径3cm。

为了使裸光栅能更好地和基底接触，受热均匀，可在圆形基底上划一个3mm深，1mm宽的小槽，裸光纤bragg光栅用少量环氧树脂胶均匀粘贴在凹槽内。

在对温度传感器封装过程中，应对裸光纤光栅施加适当的预应力，并适当加热，防止光纤光栅因胶凝固使中心波长减小。

光纤光栅温度传感器原理及应用嘿，朋友们！今天咱来聊聊光纤光栅温度传感器，这玩意儿可神奇啦！你看啊，这光纤光栅温度传感器就像是一个超级敏感的小侦探。

它是咋工作的呢？简单来说，就是利用了光纤光栅对温度变化特别敏感的特性。

就好比人对自己喜欢的东西特别在意一样，温度一变，它立马就能察觉到。

想象一下，在一些高温或者低温的环境里，普通的传感器可能就有点扛不住啦，但光纤光栅温度传感器可不一样，它就像个顽强的小强，啥恶劣环境都能应对自如。

它能在各种复杂的场景中准确地测量温度，是不是很厉害？那它都能用在啥地方呢？这可多了去了！比如说在工业领域，那些大型的机器设备运行的时候，温度可是个关键指标啊，有了它就能随时监控温度，确保设备正常运行，这就像给机器请了个专门的健康顾问。

还有啊，在一些科研实验中，要求温度测量得特别精确，这时候光纤光栅温度传感器就派上大用场了，它能提供超级准确的数据，帮助科学家们取得更好的研究成果，那可真是功不可没呀！在日常生活中，它也能发挥作用呢。

比如说在一些特殊的场合，像博物馆啊，对温度要求很高，它就能帮忙把温度控制得恰到好处，保护那些珍贵的文物。

它就像是一个默默守护的卫士，不声不响地做着重要的工作。

而且啊，它还有个很大的优点，就是不容易受到干扰。

不像有些传感器，稍微有点干扰就不准确了。

它可稳定啦，就像一座稳稳的山。

咱再来说说它的安装和使用。

其实也不难啦，只要按照说明书一步一步来，一般人也能搞定。

不过可得细心点哦，毕竟这是个高科技的玩意儿。

总之呢，光纤光栅温度传感器真的是个很了不起的发明。

它让我们对温度的测量和控制变得更加容易和准确。

有了它，我们的生活和工作都变得更加安全和可靠啦！它就像一把神奇的钥匙，打开了温度测量的新世界大门，让我们能更好地了解和掌控周围的世界。

难道不是吗？。

光纤光栅传感器的工作原理和应用实例一、本文概述光纤光栅传感器作为一种先进的光学传感器，近年来在多个领域中都得到了广泛的应用。

本文旨在全面介绍光纤光栅传感器的工作原理及其在各领域中的应用实例。

我们将详细阐述光纤光栅传感器的基本原理，包括其结构、光学特性以及如何实现传感功能。

接着，我们将通过一系列应用实例，展示光纤光栅传感器在结构健康监测、温度测量、压力传感以及安全防护等领域的实际应用。

通过本文的阅读，读者将能够对光纤光栅传感器有一个全面深入的了解，并理解其在现代科技中的重要地位。

二、光纤光栅传感器的基本概念和原理光纤光栅传感器，也被称为光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating, FBG）传感器，是一种基于光纤光栅技术的传感元件。

其基本概念源于光纤中的光栅效应，即当光在光纤中传播时，遇到周期性折射率变化的结构（即光栅），会发生特定波长的反射或透射。

光纤光栅传感器的工作原理基于光纤中的光栅对光的反射作用。

在制造过程中，通过在光纤芯部形成周期性的折射率变化，即形成光栅，当入射光满足布拉格条件时，即入射光的波长等于光栅周期的两倍与光纤有效折射率的乘积时，该波长的光将被反射回来。

当外界环境（如温度、压力、应变等）发生变化时，光纤光栅的周期或折射率会发生变化，从而改变反射光的波长，通过对这些波长变化的检测和分析，就可以实现对环境参数的测量。

光纤光栅传感器具有许多独特的优点，如抗电磁干扰、灵敏度高、测量范围大、响应速度快、能够实现分布式测量等。

这使得它在许多领域，如结构健康监测、航空航天、石油化工、环境监测、医疗设备、智能交通等，都有广泛的应用前景。

光纤光栅传感器的工作原理决定了其可以通过测量光栅反射光的波长变化来感知外界环境的变化。

因此，在实际应用中，通常需要将光纤光栅传感器与光谱分析仪、解调器等设备配合使用，以实现对环境参数的精确测量。

光纤光栅传感器的基本概念和原理为其在各种应用场景中的广泛应用提供了坚实的基础。

光纤光栅传感器的温度灵敏度研究一、光纤光栅传感器概述光纤光栅传感器是一种利用光纤光栅的特性来检测物理量变化的传感器。

与传统的传感器相比，光纤光栅传感器具有抗电磁干扰能力强、尺寸小、重量轻、可实现分布式测量等优点。

光纤光栅传感器通过在光纤中写入周期性的折射率变化来形成光栅，当外部环境发生变化时，光栅的周期或折射率也会随之变化，从而引起反射或透射光的波长发生变化，通过测量这些变化可以检测出温度、压力、应力等物理量。

1.1 光纤光栅传感器的工作原理光纤光栅传感器的工作原理基于光的干涉和衍射现象。

当光波在光纤中传播时，遇到光栅结构会发生衍射，产生多个衍射级。

这些衍射级相互干涉，形成特定的反射和透射光谱。

当光栅的周期或折射率发生变化时，衍射光谱也会相应地移动，通过测量光谱的移动量，可以推算出外部环境的变化。

1.2 光纤光栅传感器的分类根据光栅的类型，光纤光栅传感器可以分为布拉格光栅传感器、长周期光栅传感器和光纤布拉格光栅传感器等。

根据测量的物理量，又可以分为温度传感器、压力传感器、应力传感器等。

每种类型的传感器都有其独特的优势和应用场景。

二、光纤光栅传感器的温度灵敏度研究温度是光纤光栅传感器中最常见的测量对象之一。

温度的变化会影响光纤的折射率，进而影响光栅的周期和反射光谱的位置。

因此，研究光纤光栅传感器的温度灵敏度对于提高测量精度和应用范围具有重要意义。

2.1 温度对光纤光栅传感器的影响温度的变化会引起光纤材料的热膨胀和折射率的变化，从而影响光栅的周期和波长。

这种影响可以通过温度系数来量化。

不同的光纤材料具有不同的温度系数，选择合适的材料可以提高传感器的温度灵敏度。

2.2 提高温度灵敏度的方法为了提高光纤光栅传感器的温度灵敏度，研究者们提出了多种方法，包括优化光栅的参数、使用特殊的光纤材料、采用复合光栅结构等。

这些方法可以有效地提高传感器对温度变化的响应速度和精度。

2.3 温度灵敏度的测量与标定温度灵敏度的测量通常采用实验方法，通过将传感器暴露在不同温度下，测量反射光谱的变化，从而计算出温度灵敏度。

采用光纤光栅传感器的温度测量与控制技术一、引言随着科技的不断发展，温度测量与控制技术在各个领域得到了广泛的应用。

其中，采用光纤光栅传感器进行温度测量与控制的技术因其高精度、高稳定性和抗电磁干扰能力强等优点备受关注。

二、光纤光栅传感器的原理光纤光栅传感器的原理基于光纤光栅所具备的波长选择特性。

当光纤光栅受到外力（如温度变化）作用时，其周期性结构也会发生改变，从而引起反射光的波长发生偏移。

通过测量这个波长偏移量，可以推算出温度的变化情况。

三、光纤光栅传感器的特点1. 高精度：光纤光栅传感器的精度可以达到0.01℃，远高于其他温度传感器的精度。

2. 高稳定性：光纤光栅传感器不受电磁干扰影响，具有较高的稳定性。

3. 抗腐蚀性强：由于光纤光栅传感器采用光纤作为传感材料，对腐蚀性气体和液体有较强的抵抗能力。

4. 抗干扰能力强：光纤光栅传感器的信号传输过程中不受外界电磁干扰的影响。

四、光纤光栅传感器在温度测量与控制中的应用光纤光栅传感器在温度测量与控制领域具有广泛的应用。

以下是其中几个典型的应用案例。

1. 工业领域在工业生产过程中，温度监测和控制是非常重要的一个环节。

光纤光栅传感器可以被广泛应用于高温环境下的温度监测和控制，如冶炼、玻璃制造等行业。

光纤光栅传感器精准的测量结果可以为工业生产过程提供重要参考，确保产品质量和工作环境的安全。

2. 医疗领域在医疗行业中，温度测量与控制同样至关重要。

光纤光栅传感器可以被应用于体外或体内的温度测量，如耳温计、心脏导管等。

通过采集患者体内或设备表面的温度数据，医护人员可以实时监测患者体温的变化，并采取相应的处理措施。

3. 环境监测光纤光栅传感器还可以被用于环境温度的监测与控制。

例如，可以将光纤光栅传感器应用于辐射监测、大气温度监测等环境监测领域。

通过实时监测环境的温度变化，可以及时预警并采取相应的环境改善措施，保障人员和设备的安全。

五、光纤光栅传感器的发展趋势随着科技的不断进步，光纤光栅传感器也在不断发展，具备了更多的功能和特点。

光纤温度传感器摘要：本文分析了光纤温度传感器在温度探测中的优势，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的工作原理，最后综述了光纤温度感器在现代工业及生活的应用。

关键字：光纤传感温度应用1引言在科研和生产中，有很多温度测量问题，传统的温度传感器有热电偶，热电阻温度传感器，热敏电阻温度传感器，半导体温度传感器等等。

光纤温度传感器是20世纪70年代发展起来的一种新型传感器。

与传统的温度传感器相比，它具有灵敏度高，体积小，质量轻，易弯曲，不产生电磁干扰，不受电磁干扰，抗腐蚀性好等等优点，特别适用于易燃，易爆，空间狭窄和具有腐蚀性强的气体，液体以及射线污染等苛刻环境下的温度检测。

2光纤温度传感器分类光纤温度传感器按照调制机理可分为相位调制，振幅调制，偏振态调制；按工作原理分，光纤温度传感器可分为功能性和传输型两种。

功能型温度传感器中光纤作为传感器的同时也是光信号的载体，而传输型温度传感器中光纤则只传输光信号。

传光型与传感型相比，虽然灵敏度稍差，但可靠性高，实用的传感器大多是这种类型。

目前主要的光纤温度传感器包括分布式光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器、光纤荧光温度传感器、干涉型光纤温度传感器等。

2.1光纤光栅温度传感器光纤光栅温度传感器是利用光纤材料的光敏性在光纤纤芯形成的空间相位光栅来进行测温的。

光纤光栅以波长为编码，具有传统传感器不可比拟的优势，近年来光纤光栅成为发展最为迅速，最具代表性的光纤无源器件之一，已广泛用于建筑、航天、石油化工、电力行业等。

光纤光栅温度传感器主要有Bragg光纤光栅温度传感器和长周期光纤光栅传感器。

Bragg光纤光栅是指单模掺锗光纤经紫外光照射成栅技术而形成的全新光纤型Bragg光栅，成栅后的光纤纤芯折射率呈现周期性分布条纹并产生Bragg 光栅效应，其基本光学特性就是以共振波长为中心的窄带光学滤波器，满足如下光学方程：=2nA式中：为Bragg波长，A为光栅周期，n为光纤模式的有效折射率。

光纤温度传感器的研究与应用宋晓斌2011094141摘要: 分析了光纤温度传感器在温度探测中的优势，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纤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。

关键词:光纤传感器温度研究现状应用Development and application of optical fiber temperature sensorSongXiao-binAbstract：The specific advantage of optical fiber temperature sensors in detecting temperature is analyzed。

De-velopment status and application of optical fiber temperature sensors are broadly discussed.The operating principle and Development status of several typical optical fiber temperature sensors based on distributed，Bragg grating，interference，fluorescence and bending loss，respectively,are introduced.The characteristic andthe future of the typical optical fiber temperature sensors are analyzed detailedly.Key words: optical fiber sensor；temperature；development；application1 引言在科研和生产中，有很多温度测量问题。

光纤光栅传感器[1]光纤光栅传感器可以实现对温度、应变等物理量的直接测量。

由于光纤光栅波长对温度与应变同时敏感，即温度与应变同时引起光纤光栅耦合波长移动，使得通过测量光纤光栅耦合波长移动无法对温度与应变加以区分。

因此，解决交叉敏感问题，实现温度和应力的区分测量是传感器实用化的前提。

通过一定的技术来测定应力和温度变化来实现对温度和应力区分测量。

这些技术的基本原理都是利用两根或者两段具有不同温度和应变响应灵敏度的光纤光栅构成双光栅温度与应变传感器，通过确定2个光纤光栅的温度与应变响应灵敏度系数，利用2个二元一次方程解出温度与应变。

区分测量技术大体可分为两类，即，多光纤光栅测量和单光纤光栅测量。

多光纤光栅测量主要包括混合FBG/长周期光栅（long period grating）法、双周期光纤光栅法、光纤光栅/F-P腔集成复用法、双FBG重叠写入法。

各种方法各有优缺点。

FBG/LPG法解调简单，但很难保证测量的是同一点，精度为9×10-6，1.5℃。

双周期光纤光栅法能保证测量位置，提高了测量精度，但光栅强度低，信号解调困难。

光纤光栅/F-P腔集成复用法传感器温度稳定性好、体积小、测量精度高，精度可达20×10-6，1℃，但F-P的腔长调节困难，信号解调复杂。

双FBG重叠写入法精度较高，但是，光栅写入困难，信号解调也比较复杂。

单光纤光栅测量主要包括用不同聚合物材料封装单光纤光栅法、利用不同的FBG组合和预制应变法等。

用聚合物材料封装单光纤光栅法是利用某些有机物对温度和应力的响应不同增加光纤光栅对温度或应力灵敏度，克服交叉敏感效应。

这种方法的制作简单，但选择聚合物材料困难。

利用不同的FBG组合法是把光栅写于不同折射率和温度敏感性或不同温度响应灵敏度和掺杂材料浓度的2种光纤的连接处，利用不同的折射率和温度灵敏性不同实现区分测量。

这种方法解调简单，且解调为波长编码避免了应力集中，但具有损耗大、熔接处易断裂、测量范围偏小等问题。

一、传感器背景及应用1.1传感器的背景传感器是高度自动化系统, 亦是现代尖端技术关键的组成部分, 因此, 传感器技术是当代高新技术着重发展的领域, 是各个国家科技进步的核心之一。

传感器是指能感受规定的被测信号(非电量) 并按照一定的规律(多指数学规律) 转换成可用信号(电量) 的器件或装置，通常由敏感元件和转换电路组成。

作为模拟人体感觉的“电五官”, 传感器的出现, 使物体存在了触觉、味觉和嗅觉等感官, 让难以测量的信号变得更易检测。

传感器是借助于敏感元件,将感受的信息按一定的规律转换成另一种信息的装置。

在一般情况下,是将信息转换成电量,以便进一步传输、显示。

研究、开发和制造传感器的技术涉及到许多学科,是一门跨学科的边缘科学技术。

随着现代测量、控制和自动化技术的发展,传感器技术己越来越为人们所重视,它是人类社会跨入信息时代的物质基础。

信息的采集和处理是信息社会的支柱之一,信息的处理依赖于计算机技术,而信息的采集则依赖于传感器。

在国外,随着生产自动化和实时控制的发展,为了更好地发挥计算机的效能,各国都已开始重视传感器技术的研究和开发。

前一时期,传感器技术没有跟上计算机技术的发展,信息的获得远远落后于信启、的处理,反过来又阻碍了计算机的应用和电子工业的发展。

因此近年来各国已把传感器技术摆到了重要的地位。

如美国空军200。

年报告中将传感器列为提高二十一世纪空军能力的十五项关键技术之一;在日本更认为“唯有模仿人脑的计算机与传感器的协调发展,才能决定技术的将来。

当务之急,是全力发展传感电子设备。

”总之,传感器技术在国民经济各部门、科学研究、国防建设、日常生活等各方面的应用十分广泛,从而形成了一个大的新型科学技术领域,随着科学技术的进一步发展,传感器技术的研究、开发还将日益扩大和深入,因此被视为80年代的关键技术而受到国内外的广泛瞩目是理所当然的。

1.2传感器在海洋中的应用海洋蕴藏着丰富的资源，影响着全球气候变化，海洋科学在海洋环境保护、能源开发、灾害预防、权益维护等多方面有着举足轻重的作用，同时也能为国家制定海洋政策提供科学依据。