1、光纤光栅温度传感器光纤光栅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
2、路可弯曲，便于遥测等。由于测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
3、移动与温度的变化成线性关系，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
4、的响应速度和传感特性(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
5、光栅所受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。
