光纤温度传感器 (2)知识讲解
光纤测温原理介绍(zjq) (2)
信号 处理 电路
信号 放大 电路
光电探测器 光电探测器
原理介绍-5
分布式光纤温度传感系统的技术特点 -----高科技的结晶
系统增益要求：>109
系统带宽要求：>100MHz
系统可靠性要求： 高增益、高速模拟器件与模块的抗干扰和长期稳 定工作 滤波及高速数据处理：光学滤波及数字滤波
原理介绍-6 分布式光纤温度传感系统的技术实现 全光纤的光学滤波技术采用进口最先进的光学滤光片
成 本 比 较
• 经咨询国内感温电缆：90-120元/米，国外还要贵，信号解码器加终端处理器7000元/ 对，每200米一个信号解码器加终端处理器（规范规定），对于四公里，价格 • 感温电缆 4000*120=480000 • 信号解码器加终端处理器 20*7000=140000 • 总价格62万元
• 6、报警设置灵活性很差，只能选用不同 型号的感温电缆（温度设定为固定值） • 7、比较硬，不易安装和维护，如在电器 柜、小空间、夹缝等 • 8、绝缘性能差，高压带电体根本无法测 试 • 9、无法判断和区分由于磕碰、鼠咬、挤 压造成损坏与温度造成的损坏，无法判 别和区分非火灾因素造成的短路引起的 故障 • 10、电路复杂、调试、整定困难
检测：光电技术； 传输：光信号 处理：高速数字技术
检测信号输出 信号通道
弱电信号，极易受到电磁 干扰。
电路，对与高压设备的绝缘要 求特别高。检修维护很难
检测：模拟电子； 传输：弱电信号 处理：数字技术；
信号处理技术
系统可靠性
其他特点
高，取决于主机。
不带电，抗射频和电磁干扰、防 燃、防爆、抗腐蚀、耐高压和强 电磁场、耐辐射，能在各种有害 的环境中工作。
•
光纤温度传感器
光纤温度传感器一、引言光纤温度传感器是一种利用光纤作为传感元件的温度检测设备。
光纤温度传感器的工作原理是基于光纤敏感元件对温度变化的响应，通过测量光纤中的光信号参数来实现对温度的监测和测量。
光纤温度传感器具有结构简单、抗干扰能力强、长距离传输等特点，在工业、科研等领域得到了广泛应用。
二、工作原理光纤温度传感器的工作原理主要基于光纤的热光效应和光纤长度的温度特性。
当光纤受到温度变化时，光纤的折射率会发生变化，从而引起光纤中光信号参数的变化。
利用这种变化，通过检测光信号的特定参数，可以实现对温度的监测和测量。
三、应用领域光纤温度传感器在温度监测领域有着广泛的应用。
其应用领域包括但不限于：1.工业领域：光纤温度传感器可用于工业生产中对温度的监测和控制，如对炉温、熔炼温度等进行实时监测。
2.科研领域：在科研实验中，光纤温度传感器可以准确地监测实验环境中的温度变化，为科学研究提供数据支持。
3.环境监测：光纤温度传感器也可以用于环境温度监测，如对水体温度、土壤温度等的监测。
四、发展趋势随着科学技术的不断发展，光纤温度传感器在精度、便携性、应用范围等方面都将不断提升。
未来，光纤温度传感器有望在医疗、航天等领域得到更广泛的应用，为各行各业提供更为精准和高效的温度监测解决方案。
五、结论光纤温度传感器作为一种新型的温度检测设备，具有结构简单、抗干扰性强等优点，为工业、科研、环境监测等领域提供了实时、准确的温度监测方案。
未来随着技术的不断创新，光纤温度传感器的应用范围将进一步扩大，为人类社会的发展进步带来更多便利和可靠性。
光纤温度传感器
光纤温度传感器简介:光纤温度传感器采用一种和光纤折射率相匹配的高分子温敏材料涂覆在二根熔接在一起的光纤外面，使光能由一根光纤输入该反射面出另一根光纤输出，由于这种新型温敏材料受温度影响，折射率发生变化，因此输出的光功率与温度呈函数关系。
其物理本质是利用光纤中传输的光波的特征参量，如振幅、相位、偏振态、波长和模式等，对外界环境因素，如温度，压力，辐射等具有敏感特性。
它属于非接触式测温。
系统结构:从室温到1800℃全程测温的光纤温度传感器的系统主要包括端部掺杂的光纤传感头、 Y型石英光纤传导束、超高亮发光二极管（LED）及驱动电路、光电探测器、荧光信号处理系统和辐射信号处理系统。
工件原理:在低温区（400℃以下）, 辐射信号较弱, 系统开启发光二极管(LED)使荧光测温系统工作。
发光二极管发射调制的激励光, 经聚光镜耦合到Y型光纤的分支端, 由Y型光纤并通过光纤耦合器耦合到光纤温度传感头。
光纤传感头端部受激励光激发而发射荧光, 荧光信号由光纤导出, 并通过光纤耦合器从Y型光纤的另一分支端射出, 由光电探测器接收。
光电探测器输出的光信号经放大后由荧光信号处理系统处理, 计算荧光寿命并由此得到所测温度值。
而在高温区（400℃以上）, 辐射信号足够强, 辐射测温系统工作, 发光二极管关闭。
辐射信号通过蓝宝石光纤并通过Y型光纤输出, 由探测器转换成电信号, 系统通过检测辐射信号强度计算得到所测温度。
特点:光纤温度传感器具有测量精度高、抗电磁干扰、安全防爆、可绕性好等特点。
种类:目前光纤温度传感器具体可分为晶体光纤温度传感器、半导体吸收光纤温度传感器、双折射光纤温度传感器、光路遮断式光纤温度传感器、荧光光纤温度传感器、Fabry-Rerot标准器光纤温度传感器、辐射式光纤温度传感器和分布参数式光纤温度传感器等。
详细剖析光纤温度传感器的工作原理和应用场景
详细剖析光纤温度传感器的工作原理和应用场景温度是度量物体冷热程度的物理量，许多物理现象和化学过程都是在一定温度下进行，人们的日常生活也和温度密切相关。
随着科学技术的迅猛发展，对温度的测量也提出了更多更高的要求。
以电信号为工作基础的传统的光纤温度传感器特点光纤测温传感器测量温度的方法光纤传感器的基本原理几种光纤温度传感器的原理基于布里渊散射的分布式光纤传感技术基于布里渊光频域分析（BOFDA）技术的分布式光纤传感器光纤温度传感器的应用光纤温度传感自问世以来, 主要应用于电力系统、建筑、化工、航空航天、医疗以至海洋开发等领域,并已取得了大量可靠的应用实绩。
1、光纤温度传感器在电力系统有着重要的应用，电力电缆的表面温度及电缆密集区域的温度监测监控; 高压配电装置内易发热部位的监测; 发电厂、变电站的环境温度检测及火灾报警系统; 各种大、中型发电机、变压器、电动机的温度分布测量、热动保护以及故障诊断; 火力发电厂的加热系统、蒸汽管道、输油管道的温度和故障点检测; 地热电站和户内封闭式变电站的设备温度监测等等。
2、光纤温度传感特别是光纤光栅温度传感器很容易埋入材料中对其内部的温度进行高分辨率和大范围地测量, 因而被广泛的应用于建筑、桥梁上。
美国、英国、日本、加拿大和德国等一些发达国家早就开展了桥梁安全监测的研究, 并在主要大桥上都安装了桥梁安全监测预警系统, 用来监测桥梁的应变、温度加速度、位移等关键安全指标。
1999 年夏, 美国新墨西哥Las Cruces 10 号州际高速公路的一座钢结构桥梁上安装了120 个光纤光栅温度传感器,创造了单座桥梁上使用该类传感器最多的记录。
3、航空航天业是一个使用传感器密集的地方,一架飞行器为了监测压力、温度、振动、燃料液位、起落架状态、机翼和方向舵的位置等, 所需要使用的传感器超过100 个, 因此传感器的尺寸和重量变得非常重要。
光纤传感器从尺寸小和重量轻的优点来讲, 几乎没有其他传感器可以与之相比。
光纤温度传感器的研究和应用
01 引言
03 应用场景 05 结论
目录
02 原理与技术 04 研究方法与成果 06 参考内容
引言
随着科学技术的发展，传感器在各个领域的应用越来越广泛。其中，光纤温度 传感器作为一种高灵敏度、高分辨率的传感器，引起了人们的广泛。光纤温度 传感器基于光纤传感技术，通过测量光纤中光的干涉效应或传输特性来推导被 测温度场的分布情况，具有抗干扰能力强、稳定性高、响应速度快、测量范围 广等优点。本次演示将从原理与技术、应用场景、研究方法与成果、结论等方 面介绍光纤温度传感器的研究和应用。
光纤温度传感器的主要技术包括光纤传感技术、光学信号处理技术和计算机技 术等。其中，光纤传感技术是光纤温度传感器的核心，包括干涉仪、光纤 Bragg光栅、光纤F-P腔等。这些技术可以实现对光的干涉、反射、透射等特 性的测量，从而实现温度的测量。
光学信号处理技术则包括光路准直技术、光调制技术、信号解调技术等，可以 对光学信号进行处理和解析，提高测量的准确性和稳定性。计算机技术则用于 实现数据采集、处理和输出等功能，使传感器具有更好的可操作性和可维护性。
3、生物医学：在医疗领域，光纤温度传感器可用于实时监测病患的体温变化， 为医生提供准确的诊断依据。
4、环境监测：在环境监测领域，光纤温度传感器可用于监测土壤、水质、空 气等环境参数的变化，为环境保护提供数据支持。
优势分析
光纤温度传感器相比传统温度传感器具有以下优势：
1、测量精度高：由于光纤对温度的敏感性，光纤温度传感器可以实现高精度 的温度测量。
近年来，随着计算机技术和数值计算方法的不断发展，仿真研究在光纤温度传 感器的研究中越来越受到重视。研究人员通过建立精细的光纤温度传感器模型， 对各种影响其性能的因素进行全面分析，并开展大量的优化设计工作，取得了 一系列重要的研究成果。例如，研究人员通过对光纤传感器的优化设计，成功 提高了其测量准确度和稳定性；同时，还探究了不同环境因素对光纤温度传感 器性能的影响，为实际应用提供了重要的参考依据。
详细剖析光纤温度传感器的工作原理和应用场景
详细剖析光纤温度传感器的工作原理和应用场景光纤温度传感器是一种使用光原理的温度测量传感器。
它通过测量光纤内部的温度变化来确定环境温度。
光纤温度传感器通常由光源、光纤、光纤传感器和光电转换器等部分组成。
光纤温度传感器的工作原理如下：光源将光通过光纤传送到传感器中，传感器将光解析成电信号，然后通过光电转换器将电信号转换成温度值。
光纤传感器中的核心部分是镜面反射衍射光栅，当光纤的温度发生变化时，光纤的长度会发生微小改变，这样就会引起反射光的波长移动，通过测量这个波长移动，就可以确定光纤的温度。
光纤温度传感器具有很多优点，因此在许多应用领域得到广泛应用。
首先，光纤温度传感器具有高精度和高灵敏度，能够实现对温度变化的精确测量。
其次，光纤温度传感器具有快速响应的特点，能够实时监测温度变化。
此外，光纤温度传感器结构简单、体积小，易于安装和集成，方便在各种环境中使用。
光纤温度传感器的应用场景非常丰富。
其中之一是工业领域的温度监测和控制。
在工业过程中，温度是一个重要的参数，对于生产过程的控制和优化非常关键。
光纤温度传感器可以与工业控制系统集成，实时监测和控制温度，帮助提高生产效率和产品质量。
另一个应用场景是能源系统。
光纤温度传感器可以用于监测变压器、电机、发电机等设备的温度，及时发现异常情况并采取相应的措施，以提高设备的可靠性和安全性。
此外，光纤温度传感器还可以用于监测火灾和预防火灾的发生，通过实时监测温度变化来发现潜在的危险，提高火灾的预警和应急处理能力。
此外，光纤温度传感器还可以应用于环境监测和生物医学领域。
在环境监测中，光纤温度传感器可以用于监测地下水温度、大气温度等，帮助了解和预测自然环境的变化。
在生物医学领域，光纤温度传感器可以用于监测人体体温、组织温度等，为医学研究和治疗提供数据支持。
总而言之，光纤温度传感器通过测量光纤内部的温度变化来确定环境温度，具有高精度、高灵敏度、快速响应的特点，适用于工业、能源、环境监测和生物医学等领域。
光纤温度传感器 (2)知识讲解
4.3半导体吸收型光纤温度传感器
半导体吸收型光纤温度传感器是利用半导体材料的吸收
光谱随温度变化而变化的特性实现的。 光通过半导体材料时，
材料会吸收一部分光子能量， 当光子能量超过半导体禁带宽
度能量Eg( T ) 时， 传输光的波长发生变化， 由于禁带宽度随
温度的变化而变化， 因此半导体材料吸收的波长会随温度而
光探头是由半导体材料GaAs 制作， 其厚度 约100 M，两边抛光， 镀增透膜， 探头与光纤芯 的连接如图所示。
传感头结构图 此传感器其温度测量范围在- 10~120 ℃ ， 精确度可达1 ℃ ， 响应时间22 s， 特别适合超长距离和恶劣环境下的应用。
基于半导体GaAs 对近红外光的吸收波峰值随温度 升高向长波长移动从而引起透射率随温度变化而变化这 一特性设计了一种单光路的半导体吸收式光纤温度传感 器。测温系统原理图如图所示：
和传输型两种。 功能型光纤温度传感器是利用光纤的各种特性( 相位、偏
振、强度等) 随温度变换的特点， 进行温度测定。 这类传感器尽管具有
传!、 感!合一的特点， 但也增加了增敏和去敏的困难。 传输型光纤温度
传感器的光纤只是起到光信号传输的作用， 以避开测温区域复杂的环境。
对待测对象的调制功能是靠其他物理性质的敏感元件来实现的。 这类传
光纤传感器的优点1灵敏度高2几何形状具有多方面适应性可以制成任意形状的光纤传感器3可以制造传感各种不同物理信息如声磁温度旋度等的器件4可以用于高压电气噪声高温腐蚀或其他恶劣环境5而且具有与光纤遥测技术的内在相容性6测量速度快光的传播速度最快且能传送二维信息因此可用于高速测量
4.1光纤温度传感器的原理
敏感测头结构
采用经研磨并抛光厚度达200 m， 面积约2mm ? 2 mm 的GaAs 片， 将其垂直置于直径为2。 49mm 的陶瓷套管中 。 将GaAs 片粘在一边的陶瓷插芯端面， 将光纤对准并固定。 实验证明: 该单光路光纤温度传感器的测量精度可达到% 1 ℃ ， 响应时间在20 s 之内， 有良好的长期稳定性、重复性; 在 20~ 70℃ 具有良好的线性， 在这个范围内对某些环境下( 如 石油工业、电力工业) 可得到广泛应用。 根据传感头内的各部 分材料特性， 以及光纤的热稳定性， 这种传感器可在- l0~ 300 ℃内正常工作。 上面2 种传感器后者比前者在响应时间及适用温度范围方面均
光纤温度传感特性测试及分析
光纤温度传感特性测试及分析随着科技不断发展，人们对物理环境的监测与控制的需求逐渐增加。
其中，温度是最为常见的物理参数之一。
光纤温度传感技术实现了高分辨率、快速响应和远距离传输等特性，为物理参数监测与控制提供了全新的解决方案。
本文将对光纤温度传感器的特性及测试方法进行探讨。
一、光纤温度传感器的工作原理光纤传感器的基本原理是光纤内部的传输特性随外界物理参数的变化而发生改变，从而使光束的特性产生变化，由此实现物理参数的监测。
光纤温度传感器的工作原理是通过将测量点处的光纤暴露在待测物中，借助光纤内部介质折射率与温度的变化关系，实现对温度的监测。
目前，光纤温度传感器最为常见的结构是光纤布拉格反射型传感器（FBG）。
FBG传感器使用光纤布拉格光栅作为光纤内部的温度响应元件，通过光栅和光纤的联合作用，测量出光在布拉格光栅上的反射波长的变化，从而实现对温度的监测。
二、光纤温度传感器的特性1. 高分辨率光纤布拉格反射型传感器具有高分辨率的特点，可以进行微小温度变化的探测。
由于FBG传感器是一种光学传感器，其分辨率主要取决于波长的变化量，当波长变化很小时，就可以获得较高的分辨率。
2. 快速响应光纤温度传感器具有快速响应的特点，可以在几毫秒内对温度变化进行响应。
相比传统的温度传感器，光纤温度传感器响应时间更短，监测效率更高。
3. 远距离传输光纤温度传感器可以实现远距离传输，可以在无需设立防爆措施的情况下，进行远程监测和控制。
这一特点在高温、高压、危险环境下的温度监测中尤为重要。
三、光纤温度传感器的测试方法光纤温度传感器测试方法可以分为点测法和连续测法两种。
1. 点测法点测法是指在被测温度区域内，安装一个FBG传感器以测量该区域一个固定点的温度。
点测法的优点是简单易用，适用于温度相对稳定的监测场合。
其缺点是不能全面反映物理环境变化的整体情况。
2. 连续测法连续测法是指在被测温度区域内，安装多个FBG传感器以实现对整个温度变化的监测。
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光纤传感器的优点
（1）灵敏度高 （2）几何形状具有多方面适应性，可以制成任意 形状的光纤传感器 （3）可以制造传感各种不同物理信息（如声、磁、 温度、旋度等）的器件 （4）可以用于高压、电气噪声、高温腐蚀或其他 恶劣环境 （5）而且具有与光纤遥测技术的内在相容性
(6)测量速度快 光的传播速度最快且能传送二维信息，因此可用 于高速测量。 (7)信息容量大 被测信号以光波为载体，而光的频率极高，所容 纳的频带很宽，同一根光纤可以传输多路信号。 此外，光纤传感器还具有质量轻、体积小、可绕 曲、测量对象广泛、复用性好、成本低等特点
敏感测头结构
采用经研磨并抛光厚度达200 m， 面积约2mm ? 2 mm 的GaAs 片， 将其垂直置于直径为2。 49mm 的陶瓷套管中 。 将GaAs 片粘在一边的陶瓷插芯端面， 将光纤对准并固定。 实验证明: 该单光路光纤温度传感器的测量精度可达到% 1 ℃ ， 响应时间在20 s 之内， 有良好的长期稳定性、重复性; 在 20~ 70℃ 具有良好的线性， 在这个范围内对某些环境下( 如 石油工业、电力工业) 可得到广泛应用。 根据传感头内的各部 分材料特性， 以及光纤的热稳定性， 这种传感器可在- l0~ 300 ℃内正常工作。 上面2 种传感器后者比前者在响应时间及适用温度范围方面均
传感器原理图 用7805 稳压器搭建稳压电路驱动红外发光二极管 ( LED) ， 使LED 获得稳定的输出功率， 经耦合装置将 LED 光源部分耦合进入光纤， 经敏感测头的光能量携 带温度信号通过耦合装置耦合到硅光电三极管， 采用 集成运放LM324 进行电压放大处理， 最后进行标定。 敏感测头如图6 所示。
感器由于存在光纤与传感头的光耦合问题， 增加了系统的复杂性， 且对
机械振动之类的干扰比较敏感。
4.2光纤温度传感器的研究现状
目前已研制成多种光纤温度传感器。 其中有代表性的有 光纤Fabry- perot 干涉型温度传感器、半导体吸收型光纤温度 传感器、光纤光栅温度传感器三种。我主要介绍一下半导体 吸收型光纤温度传感器的研究现状。
4.3半导体吸收型光纤温度传感器
半导体吸收型光纤温度传感器是利用半导体材料的吸收
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
光谱随温度变化而变化的特性实现的。 光通过半导体材料时，
材料会吸收一部分光子能量， 当光子能量超过半导体禁带宽
度能量Eg( T ) 时， 传输光的波长发生变化， 由于禁带宽度随
温度的变化而变化， 因此半导体材料吸收的波长会随温度而
光探头是由半导体材料GaAs 制作， 其厚度 约100 M，两边抛光， 镀增透膜， 探头与光纤芯 的连接如图所示。
传感头结构图 此传感器其温度测量范围在- 10~120 ℃ ， 精确度可达1 ℃ ， 响应时间22 s， 特别适合超长距离和恶劣环境下的应用。
基于半导体GaAs 对近红外光的吸收波峰值随温度 升高向长波长移动从而引起透射率随温度变化而变化这 一特性设计了一种单光路的半导体吸收式光纤温度传感 器。测温系统原理图如图所示：
变化，同时进入半导体材料的光强将发生变化。 当温度变化
时进入半导体材料的光强将发生变化， 如果检测出穿过半导
体材料的光强， 即可得出对应的温度量。
利用半导体光吸收原理设计了一种可在高压、强电磁干 扰环境下应用的温度传感器。 如图所示是系统的工作原理图。
两光束通过光纤传输后经PIN 光电二极管把参考 光束和信号光束转变为电信号， 经前置放大、滤 波后， 通过A/ D 接口到单片机， 经除法运算和数 据处理后输出显示。
4.1光纤温度传感器的原理
光纤温度传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器， 待测参数温度与进入调制区的光相互作用后， 导致光的光学性质( 如光的 强度、波长、频率、相位等) 发生变化， 称为被调制的信号光。 再经过光 纤送入光探测器， 经解调后， 获得被测参数。
光纤温度传感器种类很多 ， 但概括起来按其工作原理可分为功能型
和传输型两种。 功能型光纤温度传感器是利用光纤的各种特性( 相位、偏
振、强度等) 随温度变换的特点， 进行温度测定。 这类传感器尽管具有
传!、 感!合一的特点， 但也增加了增敏和去敏的困难。 传输型光纤温度
传感器的光纤只是起到光信号传输的作用， 以避开测温区域复杂的环境。
对待测对象的调制功能是靠其他物理性质的敏感元件来实现的。 这类传