光纤光栅温度传感器
温度光纤传感实验报告
一、实验目的1. 理解光纤传感技术的基本原理，掌握光纤传感器在温度测量中的应用。
2. 学习光纤光栅温度传感器的制作方法，掌握其性能测试和数据分析。
3. 了解温度光纤传感器的实际应用场景，提高对光纤传感器技术的认识。
二、实验原理光纤传感器是一种基于光纤材料的光学传感器，具有抗电磁干扰、体积小、重量轻、防腐性好等优点。
光纤光栅温度传感器是光纤传感器的一种，其原理是利用光纤光栅的布拉格波长位移特性，即当光纤光栅的温度发生变化时，其反射或透射光的波长会发生偏移，从而实现对温度的测量。
三、实验仪器与材料1. 光纤光栅温度传感器2. 光纤光栅光谱分析仪3. 温度控制器4. 实验台5. 数据采集系统四、实验步骤1. 将光纤光栅温度传感器固定在实验台上，连接好光纤光谱分析仪和数据采集系统。
2. 调节温度控制器，使环境温度逐渐升高，记录光纤光栅光谱分析仪输出的光谱数据。
3. 重复步骤2，使环境温度逐渐降低，记录光谱数据。
4. 分析光谱数据，计算光纤光栅的布拉格波长位移与温度之间的关系。
五、实验数据与分析1. 实验数据：| 温度（℃） |布拉格波长（nm）||----------|--------------|| 20 | 1552.0 || 30 | 1553.5 || 40 | 1555.0 || 50 | 1556.5 || 60 | 1558.0 |2. 分析：通过实验数据可以看出，光纤光栅的布拉格波长随温度升高而增加，说明光纤光栅具有正的温度系数。
根据实验数据，可以拟合出光纤光栅的布拉格波长与温度之间的关系式：$$\lambda_B = 1552.0 + 0.0135T$$其中，$\lambda_B$为布拉格波长，$T$为温度。
六、实验结论1. 光纤光栅温度传感器具有良好的温度响应特性，可以实现对温度的精确测量。
2. 通过实验验证了光纤光栅的布拉格波长与温度之间的关系，为光纤光栅温度传感器的应用提供了理论依据。
实验-光纤光栅温度传感
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。
光纤光栅传感器
温度传感
温度传感
光纤光栅传感器能够实时监测温度变化，广 泛应用于电力、能源、环保等领域的温度监 控。通过将光纤光栅传感器安装在发热设备 或热流通道中，可以实时监测温度，实现设 备的预防性维护和安全控制。
温度传感特点
光纤光栅传感器具有测温范围广、响应速度 快、精度高、稳定性好等特点，能够实现高 精度的温度测量和实时监测。
航空航天
用于监测飞机和航天器的结构健康状况，如机翼、 机身等关键部位的温度、应变和振动等参数。
智能交通
用于监测高速公路、桥梁和隧道等基础设施的结 构健康状况，以及车辆速度、流量等交通参数。
06 光纤光栅传感器与其他传 感器的比较
电容式传感器
总结词
电容式传感器利用电场感应原理，通过测量电容器极板 间距离的变化来检测位移或形变。
分布式测量
长距离传输
光纤光栅传感器可以实现分布式测量，即 在同一条光纤上布置多个光栅，实现对多 点同时监测。
光纤光栅传感器以光纤为传输媒介，可实 现远距离信号传输，适用于长距离、大规 模监测系统。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
抗电磁干扰
光纤光栅传感器采用光信号传输，不 受电磁干扰的影响，特别适合在强电 磁场环境下工作。这使得光纤光栅传 感器在电力、航空航天、军事等领域 具有广泛的应用前景。
光纤光栅传感器的抗电磁干扰特性使 其在复杂环境中能够稳定工作，提高 了测量的可靠性和准确性。
耐腐蚀与高温
光纤光栅传感器采用石英光纤作为传输介质，具有优良的化 学稳定性和耐腐蚀性，能够在恶劣的化学环境下正常工作。 同时，石英光纤的熔点高达1700℃，使得光纤光栅传感器能 够在高温环境下进行测量。
光纤光栅传感器
一种光纤光栅温度传感器的制作方法
一种光纤光栅温度传感器的制作方法
光纤光栅温度传感器是一种用于测量温度变化的传感器。
它利用光纤中的光栅结构来感知温度变化，并将其转化为光信号输出。
下面是一种制作光纤光栅温度传感器的方法，包括以下10个步骤：
1. 材料准备：准备光纤、光纤光栅、光栅定位夹具、光纤固定装置、扭曲盒、光纤固定环等。
2. 准备光纤光栅：光纤光栅是将光纤经过高频脉冲紫外光照射形成的，首先将光纤剥离外套层，插入光栅定位夹具中以固定位置。
3. 光纤固定：将光纤光栅插入光纤固定装置中，以确保光栅的位置和张力。
4. 固定装置焊接：将光栅的两端接头固定在光纤固定装置上，用焊接技术进行固定。
5. 光纤固定环安装：在光栅的两端固定装置上安装光纤固定环，以增加光纤固定的稳定性。
6. 光纤固定装置安装：将光纤固定装置固定在扭曲盒上，以保护光纤光栅。
7. 光纤连接：将光纤一个端口连接到光纤固定装置上，另一个端口连接到光纤的光源和接收器上。
8. 信号采集：使用光源和接收器对光栅进行光信号的输入和输出，并采集温度变化产生的相应变化信号。
9. 信号处理：通过信号处理电路将光信号转化为温度信号，并进行相关的校准和滤波处理。
10. 结果输出：将温度信号输出到显示设备、记录仪或其他温度控制系统中，实现对温度变化的监测和控制。
制作光纤光栅温度传感器需要一定的专业技术和设备，确保传感器的稳定性和精度。
以上步骤提供了一种基本的制作方法，但具体的步骤和参数可能会因不同的应用和要求而有所变化。
在实际制作过程中，应根据具体情况选择合适的材料和工艺，并进行相应的实验和测试，以确保传感器的性能和可靠性。
光纤Bragg光栅温度传感器温敏实验
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。
(完整版)光纤光栅温度传感器
应用前景
光纤光栅具有耐腐蚀、防水、抗电磁干扰、集传感与传输 于一体、易 于埋到材料内部；
具有波长分离能力强、长期稳定性好、传感准确度和灵敏度极高；
可实现远距离和分布式传感，易于集成分布传感网络系统；
可广泛应用于航空航天、土木工程、复合材料、石油化工等领域；
对工程结构的应力、应变、温度，以及结构蠕变、裂缝、整体性等结构 参数的实时在线监测，实现对结构内多目标信息的监控和提取；
依据安装环境定制各种不同用途的传感器，实现多参量多、远距离、同
一仪器监测的“物联网”技术。
传感器出厂时对应唯T0 一的温度系数 T ；传感器安装后记录环境初始温度
和传感T0 器初始波长值 ，并将T0该温度值及初始波长值记录于解调仪作为起 始值。今后传感器每一个波长值对应环境一个温度值。
温度传感器技术数据
温度监测：
光纤光栅温度传感器置于被测环境中，监测环境 温度的变化，并对预设温度极限进行报警。
❖ 电力方面 电力电缆的表面温度检测监控、事故点定位 电缆隧道、夹层的火情监测 发电厂和变电站的温度监测、故障点的检测和火灾报警 （原理：高压线等腐蚀点、接触不良故障点由于电阻偏大，温度异常）
❖ 水利土木方面 大坝、河堤的渗漏（渗漏点温度异常） 大坝、河堤、桥梁的混凝土凝固与养护温度
工程案例
❖ 国家游泳中心—水立方 ❖ 胜利油田CB32A海洋平台 ❖ 秦皇岛热电厂开关柜温度监测 ❖ 安钢动力厂电缆温度监测系统 ❖ 中石油新疆独山子/塔里木石化油罐群感温火灾
温度/℃
温度曲线
100
y = 26.847x - 41204
光纤测量_实验报告
一、实验目的1. 理解光纤测量的基本原理和实验方法。
2. 掌握光纤传感器的使用和操作。
3. 通过实验，了解光纤测量在各个领域的应用。
二、实验原理光纤测量技术是利用光纤的物理、化学和光学特性进行各种物理量测量的技术。
光纤传感器具有体积小、重量轻、抗电磁干扰、防腐性好、灵敏度高等优点，广泛应用于压力、应变、温度、湿度、转速等测量领域。
实验中主要使用的是光纤光栅传感器，其原理是利用光纤光栅的反射或透射峰的波长与光栅的折射率、温度、应变等物理量的关系进行测量。
通过测量光栅反射或透射峰的波长变化，可以得到被测物理量的信息。
三、实验仪器与设备1. 光纤光栅传感器2. 光纤光源3. 光纤光栅解调仪4. 温度控制器5. 应变片6. 压力传感器7. 湿度传感器8. 转速传感器9. 实验台四、实验内容1. 光纤光栅温度测量实验（1）将光纤光栅传感器固定在实验台上，连接光纤光源和解调仪。
（2）设置解调仪的测量参数，如波长范围、分辨率等。
（3）调节温度控制器，使温度逐渐升高，记录不同温度下光栅反射峰的波长变化。
（4）分析波长变化与温度的关系，得出温度与波长的转换公式。
2. 光纤光栅压力测量实验（1）将光纤光栅传感器固定在实验台上，连接光纤光源和解调仪。
（2）将应变片贴在实验台上，连接压力传感器。
（3）施加不同压力，记录光栅反射峰的波长变化。
（4）分析波长变化与压力的关系，得出压力与波长的转换公式。
3. 光纤光栅湿度测量实验（1）将光纤光栅传感器固定在实验台上，连接光纤光源和解调仪。
（2）将湿度传感器连接到实验台上。
（3）调节湿度控制器，使湿度逐渐变化，记录光栅反射峰的波长变化。
（4）分析波长变化与湿度的关系，得出湿度与波长的转换公式。
4. 光纤光栅转速测量实验（1）将光纤光栅传感器固定在实验台上，连接光纤光源和解调仪。
（2）将转速传感器连接到实验台上。
（3）调节转速控制器，使转速逐渐变化，记录光栅反射峰的波长变化。
（4）分析波长变化与转速的关系，得出转速与波长的转换公式。
光纤光栅温度传感器原理及应用
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？。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
• 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λg
光纤光栅温度传感器测温原理
光纤光栅传感系统
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Λ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Λ的变化，从 而引起光纤光栅中心波长的偏移
• 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。
• 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
光纤光栅温度传感器
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。
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。