1、第七章第七章 光纤热工量传感器光纤热工量传感器7.2 辐射型光纤温度传感器辐射型光纤温度传感器 辐射型光纤温度传感器是基于黑体辐射的辐射型光纤温度传感器是基于黑体辐射的原理。所有的物质，当它受热时，均发原理。所有的物质，当它受热时，均发射出一定量的热辐射，这种热辐射的量射出一定量的热辐射，这种热辐射的量取决于该物质的温度及其材料的辐射系取决于该物质的温度及其材料的辐射系数。而对于理想的透明材料，其辐射系数。而对于理想的透明材料，其辐射系数为零，这时不产生任何热辐射。数为零，这时不产生任何热辐射。721 有关光纤的特性有关光纤的特性 非接触式光纤温度传感器一般都是采用光非接触式光纤温度传感器一般
2、都是采用光纤束，与测温有关的光纤特性参数有：纤束，与测温有关的光纤特性参数有：数值孔径、透射率、光谱透射率。数值孔径、透射率、光谱透射率。1数值孔径数值孔径(NA)数值孔径的大小表示该光纤的集光能力，数值孔径的大小表示该光纤的集光能力，其数学表达式为其数学表达式为 2透过率透过率 经过光纤传输的光束其光强要有所减弱，经过光纤传输的光束其光强要有所减弱，即光能在光纤中有一定损耗，如光纤输即光能在光纤中有一定损耗，如光纤输入端和输山端分界面上菲涅耳反射损耗、入端和输山端分界面上菲涅耳反射损耗、纤芯与包层分界面的损耗、纤芯和包层纤芯与包层分界面的损耗、纤芯和包层材料的吸收损耗等。材料的吸收损耗等。透
3、过率透过率包层吸收系数。包层吸收系数。3光谱透射率光谱透射率22 测温探头测温探头光导棒探头光导棒探头(石英光纤预制棒）石英光纤预制棒）2透镜测温探头透镜测温探头723 光纤辐射温度计的组成光纤辐射温度计的组成 光纤辐射温度计只是采用光纤取代辐射型光纤辐射温度计只是采用光纤取代辐射型温度计的聚光系统，而测温原理与辐射温度计的聚光系统，而测温原理与辐射型温度计一样。型温度计一样。724 光纤高温传感器光纤高温传感器光纤高温传感器基本工作原理框图。它由传感器的光纤高温传感器基本工作原理框图。它由传感器的高温探头、高低温光纤耦合器、信号检测和处理系高温探头、高低温光纤耦合器、信号检测和处理系统等几部
4、分组成。高温探头是由单晶蓝宝石棒或纯统等几部分组成。高温探头是由单晶蓝宝石棒或纯石英棒用镀膜技术制作成为黑体辐射腔。当它放在石英棒用镀膜技术制作成为黑体辐射腔。当它放在被测温度场中，黑体腔通过开口处向外辐射能量，被测温度场中，黑体腔通过开口处向外辐射能量，在单位波长间隔内，单位面积辐射到单位立体角内在单位波长间隔内，单位面积辐射到单位立体角内的辐射能量为的辐射能量为25 光纤扫描温度计光纤扫描温度计726 荧光辐射型光纤温度计荧光辐射型光纤温度计73 传光型光纤温度传感器传光型光纤温度传感器 传光型光纤温度传感器中的光纤只传光型光纤温度传感器中的光纤只作传输信号用，需另加其它的元件作传输信号用
5、，需另加其它的元件和材料作为敏感元件。这里将介绍和材料作为敏感元件。这里将介绍几种典型的传感器。几种典型的传感器。31 半导体光纤半导体光纤温度传感器温度传感器7.3.2 荧光衰变式荧光衰变式光纤温度传感器光纤温度传感器7.3.3 热色效应热色效应光纤温度传感器光纤温度传感器 钴盐溶液的频谱钴盐溶液的频谱特征是，在波长为特征是，在波长为660nm附近形成了附近形成了一个强带，而在波一个强带，而在波长为长为500 nm附近附近有一个非常弱的带。有一个非常弱的带。74 传感型光纤温度传感器传感型光纤温度传感器 传感型光纤温度传感器不仅用光纤作为传感型光纤温度传感器不仅用光纤作为传输光路，而且用光纤
6、作感温元件传输光路，而且用光纤作感温元件,利用利用光纤自身物理参数随温度变化而变化，光纤自身物理参数随温度变化而变化，从而使传输光的参数受到调制的特性，从而使传输光的参数受到调制的特性，可以实现强度调制光纤温度传感器、相可以实现强度调制光纤温度传感器、相位调制光纤温度传感器等位调制光纤温度传感器等.741 折射率调制光纤温度传感器折射率调制光纤温度传感器 7.4.2 相位调制光纤温度传感器相位调制光纤温度传感器 相位调制光纤干涉仪制成的温度传感器相位调制光纤干涉仪制成的温度传感器可以有两种，其中以马赫可以有两种，其中以马赫泽德尔光纤泽德尔光纤干涉仪和法布里干涉仪和法布里珀罗光纤干涉仅最为珀罗光
7、纤干涉仅最为典型。典型。、马赫、马赫泽慎尔光纤温度传感器泽慎尔光纤温度传感器 二、法布里二、法布里珀罗光纤温度传感器珀罗光纤温度传感器75 传光型光纤流量传感器传光型光纤流量传感器 传光型光纤流量传感器大多是利用传光型光纤流量传感器大多是利用与流量有关的反射体调制传输光波与流量有关的反射体调制传输光波的光强变化通过检测光强即可实现的光强变化通过检测光强即可实现流量测量。流量测量。751 相关型光纤流量传感器相关型光纤流量传感器7.6 传感型光纤流量传感器传感型光纤流量传感器 液体涡流的速度取决于液体的流速和非液体涡流的速度取决于液体的流速和非流线体的体积。其涡流频率流线体的体积。其涡流频率 f 近似地同近似地同液体的流速成正比液体的流速成正比
