元件式光纖溫度傳感器

熒光式光纖溫度傳感器是目前應(yīng)用最先進(jìn)的儀器儀表類測(cè)溫系統(tǒng)。

光纖溫度傳感器可分為兩種類型：元件型和透射型。

前者采用光纖作為敏感元件，后者采用光纖作為傳輸線。

元件式光纖溫度傳感器的工作原理

元件光纖溫度傳感器圖是利用光振動(dòng)幅度隨溫度變化的傳感器。

光纖芯的直徑和折射率隨溫度的變化而變化，光在光纖中傳播的光由于路線不均勻而分散，導(dǎo)致光幅值的變化。

是利用光學(xué)偏振面旋轉(zhuǎn)的傳感器。

單模光纖的偏振面隨溫度的變化而旋轉(zhuǎn)，通過(guò)偏振片得到振幅的變化。

是使用光學(xué)相位變化的傳感器。單模光纖的長(zhǎng)度、折射率和芯徑隨溫度的變化而變化，利用干涉儀可以得到光在光纖中傳播的相位變化。用于檢測(cè)相位變化的基本系統(tǒng)是Mahzard干涉儀。測(cè)量相位變化的基本系統(tǒng)是，在該儀器中，信號(hào)光纖的光與穩(wěn)定的參考光束混合在一起。由于信號(hào)光纖受測(cè)量參數(shù)的影響，由信號(hào)光纖傳播的光信號(hào)的相位發(fā)生變化，因此兩個(gè)光柱之間會(huì)發(fā)生干涉。原則上，一個(gè)合適的相位檢測(cè)器可以用來(lái)檢測(cè)小的變化，而條紋計(jì)數(shù)器可以用來(lái)檢測(cè)大的變化。

參考光束根據(jù)應(yīng)用狀態(tài)可以通過(guò)或不通過(guò)頻移，光的頻移通常由Bulger盒完成。干涉儀的布局非常嚴(yán)格。其中一個(gè)主要的困難是光的偏振面在穿過(guò)光纖后會(huì)被散射。這樣，由于參考光束和信號(hào)光束的正交偏振，有時(shí)無(wú)法觀測(cè)到干涉條紋。光纖溫度計(jì)是一種非常敏感的儀器。如果參考光程是穩(wěn)定的，則可以測(cè)量溫度的一小部分。上述光纖溫度傳感器各有優(yōu)缺點(diǎn)，但后續(xù)光纖溫度傳感器在實(shí)際應(yīng)用中處于領(lǐng)先地位。透射式光纖溫度傳感器的工作原理如下圖所示。傳輸光纖溫度傳感器圖(A)是一種由熱傳感器、LED和光纖組成的光纖溫度傳感器。

一種將溫度轉(zhuǎn)換為光學(xué)透過(guò)率和反射率的光纖溫度傳感器。通常，傳輸傳感器可以在光纖中獲得大量的光通量，因此采用多模光纖。光纖溫度傳感器在各種溫度傳感器中的應(yīng)用前景尚不明朗，但在醫(yī)療、環(huán)保、工業(yè)自動(dòng)控制等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。目前，光纖溫度傳感器主要有兩種：輻射(紅外)光纖溫度傳感器和半導(dǎo)體吸收光纖溫度傳感器。輻射(紅外)光纖溫度傳感器輻射光纖溫度傳感器由光纖耦合器、傳輸光纖和光電轉(zhuǎn)換器組成，如下圖所示輻射光纖溫度傳感器的原理和結(jié)構(gòu)利用光纖的耦合和傳輸特性，將被測(cè)物體表面(與被測(cè)物體表面溫度有關(guān))的輻射能主要傳輸?shù)焦怆娞綔y(cè)器，并將其轉(zhuǎn)換為電能輸出。

1.光耦合器是決定傳感器靈敏度的主要元件，因此光耦合效率是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。光纖的耦合效率直接關(guān)系到光纖的數(shù)值孔徑。為了提高傳感器的靈敏度，必須采用大數(shù)值孔徑光纖。然而，光纖的數(shù)值孔徑直接影響傳感器距離系數(shù)的性能指標(biāo)，因此需要綜合考慮。透過(guò)率是透射纖維的主要參數(shù)。

為了提高透光率，在固定材料時(shí)，主要的方法是增大光纖的直徑，縮短光纖的長(zhǎng)度。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)光纖的材料、結(jié)構(gòu)和耦合方式固定時(shí)，透射率是一個(gè)穩(wěn)定的參數(shù)。但是，當(dāng)光纖使用不同的材料、不同的直徑和不同的長(zhǎng)度時(shí)，其透光率是不同的。

3.光電轉(zhuǎn)換器本部分的主要功能是將光學(xué)信息轉(zhuǎn)換為電輸出和顯示。光電轉(zhuǎn)換元件通常采用硅光電池、PBS或其它探測(cè)器。由于紅外探測(cè)器的光敏元件面積大，直接耦合光纖可以獲得光敏元件的效率。通常的直接出口聯(lián)軸器的效率可達(dá)85%以上。

除了光纖的輸出端與探測(cè)器之間的直接耦合外，還可以采用調(diào)制盤耦合。半導(dǎo)體光纖溫度傳感器如下圖所示。光纖溫度傳感器的切割光纖安裝在薄鋼管中。光纖兩側(cè)(如GaAs或InP)之間有一個(gè)半導(dǎo)體溫敏片，半導(dǎo)體溫敏片的透射光強(qiáng)隨測(cè)量溫度的變化而變化。因此，當(dāng)在光纖的一端輸入恒定的光強(qiáng)時(shí)，由于半導(dǎo)體溫度傳感片的傳輸能力隨溫度的變化，光纖另一端接收元件接收到的光強(qiáng)也隨所測(cè)溫度的變化而變化。因此，可以通過(guò)測(cè)量接收元件的輸出電壓來(lái)測(cè)量傳感器位置的

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