光纤温度传感器的设计
分布式光纤测温系统的设计与实现的开题报告
分布式光纤测温系统的设计与实现的开题报告一、选题背景随着现代化工业的快速发展，温度成为一个重要的参数，对于许多工业生产环境来说，温度的控制和精确测量变得至关重要。
传统的温度测量技术包括热电偶、温度计等，在一些特殊环境下却显得不够稳定和准确。
而光纤传感技术的特点是免受其他传感器形式所受特定环境因素的影响。
因此本次课题将会探究光纤传感器在温度测量中的应用。
二、选题意义光纤传感技术具有稳定性好、对环境干扰小、可长距离传输信号等优势。
利用这一优势，分布式光纤测温系统得以实现。
在现代化工业中，许多环境需要温度测量，比如钢铁生产，铸造、化学工业等。
因此，研制一种能在不同环境中稳定、准确地测量温度的光纤测温系统至关重要。
三、主要研究内容本次课题将研究使用光纤传感技术设计和制作一种高效、准确、稳定的光纤温度传感器。
主要研究内容如下：1. 光纤传感器的工作原理和优点。
2. 光纤传感器的制作和安装方式。
3. 分布式光纤测温系统的结构设计以及温度数据采集系统的设计。
4. 光纤温度传感器及系统实验验证。
四、预期结果通过本研究，将会设计制作一种基于光纤传感技术的高效、准确、稳定的光纤温度传感器及其应用系统，实现对不同环境中温度变化的快速准确测量。
同时，本研究将为光纤传感器在未来更广泛的应用提供一定的技术支持。
五、研究方法和思路本研究将按照以下步骤进行：1. 研究光纤传感技术在温度测量中的优点和特点。
2. 研究光纤传感器的制作和安装方式。
3. 设计分布式光纤测温系统的结构，并完成相关电路设计。
4. 对设计的光纤温度传感器及系统进行实验测试。
5. 总结研究结果，提出改进方案。
六、进度安排第一周：调研光纤传感技术在温度测量中的应用。
第二周：光纤传感器的制作和安装方式的研究。
第三周：温度数据采集系统设计。
第四周：完成光纤温度传感器及系统实验测试。
第五周：总结研究结果，提出改进方案。
七、参考文献1. Boxiao Li, Chuanbiao Zhang. Intelligent intrusion detection system based on fiber-optic sensor technology [J]. Journal of Sensors, 2016.2. Haiyan An. Study on temperature measurement system based on fiber optic temperature sensor [J]. Control and Intelligent Systems, 2014.3. Lei Wang, Weiwei Gao. Design and research of distributed fiber optic temperature measurement system [J]. Information Technology, 2017.。
光纤光栅温度传感器工作原理
光纤光栅温度传感器工作原理
光纤光栅温度传感器通过测量光纤光栅传感器中光纤长度的微小变化来测量温度。
光纤光栅传感器由许多个光纤构成，每个光纤都有一个独特的折射率，因此在光纤光栅内，光会在光纤之间反射，并会发生干涉。
当发生温度变化时，光纤的长度会发生微小变化，其中一个光束的相位和另一个光束的相位将发生相对位移，导致干涉图案发生了变化。
通过对干涉图案的分析，可以测量出温度变化的大小，从而得到温度值。
这种传感器的特点是精度高、可靠性好、响应快、耐高温、不易受电磁干扰。
光纤光栅温度传感器在航空、石油、化工、电力等领域有广泛应用。
光纤传感器结构原理及分类
光纤传感器结构原理及分类光纤传感器是利用光信号进行检测和测量的传感器。
它利用光纤的特性，将光信号转化为电信号，通过电信号来实现对被监测对象的检测和测量。
光纤传感器具有很多优点，例如高灵敏度、宽测量范围、抗干扰性强等。
在实际应用中广泛用于工业控制、环境监测、医疗诊断等领域。
1.光源：光源是将电信号转化为光信号的部分，一般采用半导体激光器或发光二极管。
光源发出的光信号经过光纤传输到被测量的目标位置。
2.光纤：光纤是将光信号从光源传输到被测量的目标位置的媒介，一般采用光纤束或光纤缆。
光纤传输中的光信号会受到光纤本身的损耗和传播时延影响。
3.光纤接收器：光纤接收器是将光信号转化为电信号的部分，一般采用光电二极管或光电探测器。
光纤接收器接收到光信号后会将其转化为电信号，并经过信号处理之后得到最终的测量结果。
根据测量原理和应用领域的不同，光纤传感器可以分为多种不同的类型，包括：1.光纤光栅传感器：利用光纤中的光栅结构来实现对光信号的测量和检测。
根据光栅的不同形式，可以分为布拉格光栅传感器、光栅光纤传感器等。
2.光纤干涉传感器：利用光纤中的光干涉效应来实现对光信号的测量和检测。
根据干涉原理的不同，可以分为菲涅尔光纤传感器、迈可逊干涉光纤传感器等。
3.光纤拉曼传感器：利用光纤中的拉曼散射效应来实现对被测量物质的测量和分析。
光纤拉曼传感器可以用于分析物质的组分、浓度、温度等。
4.光纤陀螺仪：利用光纤中的圆坐标光相互作用效应来实现测量物体的旋转和角速度等。
光纤陀螺仪被广泛应用于航空航天、海洋导航等领域。
5.光纤压力传感器：利用光纤中光纤的变形来测量压力的传感器。
光纤压力传感器可以用于测量各种压力、加力、扭矩等。
6.光纤温度传感器：利用光纤中光栅或光干涉效应对温度进行测量和检测。
光纤温度传感器在工业自动化、火力发电等领域有着广泛的应用。
综上所述，光纤传感器结构原理与分类的了解对于实际应用中光纤传感器的选择和设计具有重要意义。
分布式光纤测温系统的设计与实现
西南大学毕业论文题目：分布式光纤测温系统的设计与实现专业：电子信息工程技术班级：一班学生姓名：杨杰指导教师：谢熹摘要以光纤通信和光纤传感技术为代表的信息技术和传感技术在20世纪后半叶至今的几十年里R新月异，极大地推动了人类社会的进步。
与其他传感器相比，光纤作为一种新型的传感器件有其独特的优势。
它抗电磁，耐高温，对温度、应变等外界变化敏感，而且价格便宜，容易获取，可以形成分布式的线测量甚至是场测量。
因此光纤传感在最近几年的到快速发展．将应用于更广的范围。
分布式光纤测温系统的信号采集、数据处理，以及后台软件的编写占系统成本的绝大部分。
它的检测精度和速度决定了整个系统的测量精度，空问分辨率，采集速度以及最后的请求响应时间。
如何提高系统各个部分的处理速度，协调好数据传输，成为分布式光纤铡温系统的关键。
论文提出了一种基于嵌入式的利用光纤拉曼散射原理的分布式测温解调方案。
由于传感距离长，使得系统可以进行场式的温度测量，可以全面的获得空间式的3维温度模型，满足大型工程传感网络的实时监测。
论文详细介绍了嵌入式光纤传感分布测温系统的光路设计，硬件电路设计和软件设计。
光路设计包括：在嵌入式主机的控制下利用激光源和脉冲调整器形成固定周期的脉冲光，作为光纤传感器的激励信号；使用3dB耦合器对激励光进行分束，传入光纤传感器，散射拉曼光回传经过耦合器进入分光系统，只有固定频率的Stokes光和Anti ．Stokes光透过分光系统；两束光分别进入光电探测器( PD) ，完成光电转换过程。
系统中各个模块间的同步由硬件电路控制，主控芯片为TI公司的双核微处理器。
0M AP5912对FPG A模块发出采集控制信号，FPG 巩负责控制与脉冲调制器间的同步，计时，同时触发AD采集。
采集结束，FPG A发出中断，通知采集过程结束。
O M AP5912发出传输数据指令，将外接RAM 中的数据读入DSP进行数据处理。
在DSP中对数据进行小波变换多分辨分析对采样的数字量进行降噪处理，消除传输和测量过程中的各种噪音和随机干扰。
光纤光栅温度传感器ppt课件
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 随被测信号改动,那么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类似。
• 裸栅的处置：光纤光栅非常纤细， 强度较 低， 容易在工况中遭到损坏，要对裸栅进 展封装，加强传感器的机械强度和增长其 运用寿命
• 封装： 光纤光栅温度传感器的封装方式主 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呼应速度和传感特 性(如反复性 线性度以及一致性等)，会降 低 温度丈量的现准确， 影响监测效果
光纤光栅波长的解调
• 光纤Bragg光栅是经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动的，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，传统上普通运用单色仪，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 陷。为此，人们相继提出了多种构造简单、更为 适用的解调方法，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。
• 运用：石化、电力、水坝、桥梁和重要建筑的平 安监测
光纤光栅感器任务原理
光纤光栅的中心反射波长可表示为
光纤光栅是利用光纤资料的光敏性，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 过程是经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。
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？。
光纤光栅传感器的温度灵敏度研究
光纤光栅传感器的温度灵敏度研究一、光纤光栅传感器概述光纤光栅传感器是一种利用光纤光栅的特性来检测物理量变化的传感器。
与传统的传感器相比，光纤光栅传感器具有抗电磁干扰能力强、尺寸小、重量轻、可实现分布式测量等优点。
光纤光栅传感器通过在光纤中写入周期性的折射率变化来形成光栅，当外部环境发生变化时，光栅的周期或折射率也会随之变化，从而引起反射或透射光的波长发生变化，通过测量这些变化可以检测出温度、压力、应力等物理量。
1.1 光纤光栅传感器的工作原理光纤光栅传感器的工作原理基于光的干涉和衍射现象。
当光波在光纤中传播时，遇到光栅结构会发生衍射，产生多个衍射级。
这些衍射级相互干涉，形成特定的反射和透射光谱。
当光栅的周期或折射率发生变化时，衍射光谱也会相应地移动，通过测量光谱的移动量，可以推算出外部环境的变化。
1.2 光纤光栅传感器的分类根据光栅的类型，光纤光栅传感器可以分为布拉格光栅传感器、长周期光栅传感器和光纤布拉格光栅传感器等。
根据测量的物理量，又可以分为温度传感器、压力传感器、应力传感器等。
每种类型的传感器都有其独特的优势和应用场景。
二、光纤光栅传感器的温度灵敏度研究温度是光纤光栅传感器中最常见的测量对象之一。
温度的变化会影响光纤的折射率，进而影响光栅的周期和反射光谱的位置。
因此，研究光纤光栅传感器的温度灵敏度对于提高测量精度和应用范围具有重要意义。
2.1 温度对光纤光栅传感器的影响温度的变化会引起光纤材料的热膨胀和折射率的变化，从而影响光栅的周期和波长。
这种影响可以通过温度系数来量化。
不同的光纤材料具有不同的温度系数，选择合适的材料可以提高传感器的温度灵敏度。
2.2 提高温度灵敏度的方法为了提高光纤光栅传感器的温度灵敏度，研究者们提出了多种方法，包括优化光栅的参数、使用特殊的光纤材料、采用复合光栅结构等。
这些方法可以有效地提高传感器对温度变化的响应速度和精度。
2.3 温度灵敏度的测量与标定温度灵敏度的测量通常采用实验方法，通过将传感器暴露在不同温度下，测量反射光谱的变化，从而计算出温度灵敏度。
光纤测温方案
光纤测温方案随着科技的不断进步，测温技术也在不断更新和创新。
光纤测温作为一种新兴的测温技术，正逐渐被应用于各个领域。
本文将介绍光纤测温的原理、应用场景以及其在工业生产中的重要性。
一、光纤测温原理光纤测温是利用光纤传输光信号的特性来测量被测物体的温度。
其原理主要包括光纤传感器、光纤传输和信号处理三个部分。
1. 光纤传感器光纤传感器是将光纤与温度敏感元件结合起来，通过温度的变化来改变光的特性。
常见的光纤传感器有热敏光纤和光栅光纤传感器。
热敏光纤通过测量光纤在线温度的变化来推断被测物体的温度；而光栅光纤传感器则利用光纤中的光栅结构，在光纤上形成周期性的衍射光谱，通过测量光谱的变化来计算温度。
2. 光纤传输光纤作为光信号的传输媒介，具有传输距离远、抗干扰能力强等优点，非常适合用于测温。
光纤传输光信号时，通过对光的衰减和相位的变化进行测量，可以准确地获得被测物体的温度信息。
3. 信号处理通过对光纤传输的信号进行采集和分析处理，可以得到最终的温度信息。
信号处理一般包括光的幅度和相位的测量，以及后续的数据处理和结果显示。
二、光纤测温的应用场景光纤测温凭借其高精度、快速响应和远距离传输等特点，被广泛应用于各个领域。
1. 工业生产在工业生产中，温度的监测和控制非常重要。
光纤测温可以用于监测高温炉、热处理设备以及各种化学反应过程中的温度变化，帮助实现工艺优化和安全控制。
2. 能源领域在能源领域，光纤测温可以用于监测发电厂、输电线路和变电站等设备的温度变化，及时发现异常情况并采取相应的措施，以确保电力系统的安全稳定运行。
3. 环境监测光纤测温还可以应用于环境监测领域，例如监测地壳温度、水体温度以及天气预警中的火灾和局部高温区域等。
这对于预防火灾、保护生态环境以及提前预警具有重要意义。
三、光纤测温的重要性光纤测温作为一种高精度、远距离传输的测温技术，对于工业生产和各个领域的发展具有重要的意义。
首先，光纤测温可以提供精确的温度变化数据，帮助工程师和科研人员对温度变化进行准确分析和预测，从而优化工艺控制和产品质量。
毕业论文-国内外主要光纤温度测温方法原理及方法分析
大学毕业设计题目专业班级学生学号指导教师二〇一四年五月五日Abstract1 引言：光纤温度传感器是一种新型的温度传感器．它具有抗电磁干扰、耐高压、耐腐蚀、防爆防燃、体积小、重量轻等优点，其中几种主要的光纤温度传感器：分布式光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器、干涉型光纤温度传感器、光纤荧光温度传感器和基于弯曲损耗的光纤温度传感器更有着自己独特的优点。
与传统的传感器相比具有一下优点:灵敏度高;是无源器件，对被测对象不产生影响;光纤耐高压，耐腐蚀，在易燃、易爆环境下安全可靠;频带宽，动态范围大;几何形状具有多方面的适应性;可以与光纤遥测技术相配合，实现远距离测量和控制;体积小，重量轻等。
它将在航空航天、远程控制、化学、生物化学、医疗、安全保险、电力工业等特殊环境下测温有着广阔的应用前景。
在本论文中将详细分析当前光纤温度传感器的主要种类和各自的原理，特点和应用范围。
2 论文要求：（1）详细分析国内外主要光纤温度测温方法的原理及特点，比较不同方法的温度测量范围和性能指标。
（2）掌握空调器的工作电气原理和基本的热力学过程。
3 毕业论文综述：70年代中期，人们开始意识到光纤不仅具有传光特性，且其本身就可以构成一种新的直接交换信息的基础，无需任何中间级就能把待测的量与光纤内的导光联系起来。
1977年，美国海军研究所开始执行光纤传感器系统计划，这被认为是光纤传感器问世的日子。
从这以后，光纤传感器在全世界的许多实验室里出现。
从70年代中期到80年代中期近十年的时间，光纤传感器己达近百种，它在国防军事部门、科研部门以及制造工业、能源工业、医学、化学和日常消费部门都得到实际应用。
从目前的情况看，己有一些形成产品投入市场，但大量的是处在实验室研究阶段。
光纤传感器与传统的传感器相比具有一下优点:灵敏度高;是无源器件，对被测对象不产生影响;光纤耐高压，耐腐蚀，在易燃、易爆环境下安全可靠;频带宽，动态范围大;几何形状具有多方面的适应性;可以与光纤遥测技术相配合，实现远距离测量和控制;体积小，重量轻等。
光纤温度传感器原理
光纤温度传感器原理光纤温度传感器是一种用于测量温度的先进技术。
它利用光的传输特性和温度对光的影响来实现温度的测量。
光纤温度传感器具有精度高、响应快、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于各个领域。
光纤温度传感器的原理基于光纤的热致敏效应。
当光纤受到温度变化时，其折射率也会发生变化。
这种折射率的变化会导致光的传输特性发生改变，进而可以通过测量光的某些特性来获得温度信息。
一种常见的光纤温度传感器原理是利用光纤的布里渊散射效应。
布里渊散射是指当光波在介质中传输时，由于介质中存在微弱的非均匀性引起的散射现象。
当光波频率与介质的声子频率匹配时，布里渊散射会导致光的强度发生变化。
在光纤温度传感器中，一段光纤被固定在待测温度环境中。
当温度变化时，光纤的折射率也会发生变化，从而改变了光波与介质的匹配程度。
这种匹配程度的变化会导致布里渊散射的频率发生变化，进而改变了光的强度。
通过测量光纤传输的光强信号，可以获得布里渊散射频率的变化情况。
而布里渊散射频率的变化与温度的变化是相关的，因此可以通过测量光的强度来获得温度信息。
光纤温度传感器的原理还可以基于其他光纤的特性来实现。
例如，利用光纤的拉曼散射效应，可以通过测量光的频移来获得温度信息。
又如，利用光纤的菲涅尔衍射效应，可以通过测量光的干涉图案来获得温度信息。
光纤温度传感器利用光的传输特性和温度对光的影响来实现温度的测量。
通过测量光的某些特性，如光强、频移或干涉图案等，可以获得温度信息。
光纤温度传感器具有精度高、响应快、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于各个领域，如工业生产、环境监测、医疗诊断等。
随着技术的进步，光纤温度传感器将会在更多领域发挥重要作用。
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设计性实验报告 实验课程： 医用传感器设计实验 学生姓名： *** 学 号： ********* 专业班级： 08医工医疗器械方向
2010年 12月 8 日 光纤温度传感器的设计 摘要：介绍了金属热膨胀式光纤温度传感器的设计，利用金属件的热膨胀的原理，通过绕制在金属件上的光纤损耗产生变化，当光源输出光功率稳定的情况下，探测器接收光功率受温度调制，通过光电转换，信号处理，完成温度的换算。传感器以光纤为传输手段，以光作为信号载体，抗干扰能力强，测量结果稳定、可靠，灵敏度高。
关键词：光纤，传感器，光纤传感器，光纤温度传感器 在光通信系统中，光纤是用作远距离传输光波信号的媒质。在实际光传输过程中，光纤易受外界环境因素的影响；如温度、压力和机械扰动等环境条件的变化引起光波量，如发光强度、相位、频率、偏振态等变化。因此，人们发现如果能测出光波量的变化，就可以知道导致这些光波量变化的物理量的大小，于是出现了光纤传感技术。
一：光纤传感器的基本原理 在光纤中传输的单色光波可用如下形式的方程表示
E=
式中，是光波的振幅：w是角频率；为初相角。 该式包含五个参数，即强度、频率w、波长、相位（wt+）和偏振态。光纤传感器的工作原理就是用被测量的变化调制传输光光波的某一参数，使其随之变化，然后对已知调制的光信号进行检测，从而得到被测量。当被测物理量作用于光纤传感头内传输的光波时，使的强度发生变化，就称为强度调制光纤传感器；当作用的结果使传输光的波长、相位或偏振态发生变化时，就相应的称为波长、相位或偏振调制型光纤传感器。 （一） 强度调制 1. 发光强度调制传感器的调制原理 光纤传感器中发光强度的调制的基本原理可简述为，以被测量所引起的发光强度变化，来实现对被测对象的检测和控制。
其基本原理如图5-39所示。光源S发出的发光强度为的光柱入传感头， 在传感头内，光在被测物理量的作用下强度发生变化，即受到了外场的调制，使得输出发光强度产生与被测量有确定对应关系的变化。由光电探测器检测出发光强度的信号，经信号处理解调就得到了被测信号。 2. 发光强度调制的方式 （1） 利用光纤微弯效应； （2） 利用被测量改变光纤或者传感头对光波的吸收特性来实现发光强度调制； （3） 通过与光纤接触的介质折射率的改变来实现发光强度调制； （4） 在两根光纤间通过倏逝波的耦合实现发光强度调制； （5） 利用发送光纤和接收光纤作相对横向或纵向运动实现发光强度调制，这是当被测物理量引起接收光纤位移时，改变接收发光强度，从而达到发光强度调制的目的。这种位移式发光强度调制的光纤传感器是一种结构简单，技术较为成熟的光纤传感器。 3. 发光强度调制型传感器根据其调制环节在光纤内部还是在光纤外部可以分为功能型和非功能型两种。 4. 强度调制式光纤传感器的特点 解调方法简单、响应快、运行可靠、造价低。缺点是测量精度较低，容易产生偏移，需要采取一些自补偿措施。 （二） 相位调制 相位调制光纤传感器的基本原理 通过被测量的作用，使光纤内传播的光相位发生变化，再利用干涉测量技术把相位转换为光强变化，从而检测出待测的物理量。如图5-40其中图a、b、c分别为迈克尔逊、马赫-泽得和法布里-珀罗式的全光纤干涉仪结构。
（三） 波长调制 波长调制光纤传感器的基本原理 波长调制传感器的基本结构如图5-41。 二.光纤传感器的特点 与传统的传感器相比，光纤传感器的主要特点是： （1） 抗电磁干扰，电绝缘；本质安全 （2） 灵敏度高 （3） 重量轻，体积小，外形可变 （4） 测量对象广泛 （5） 对被测介质影响小 （6） 可以进行连续分布测量，便于复用，便于成网
光纤温度传感器 光纤温度传感器是上世纪70年代发展起来的一门新型的测温技术。它基于光信号传送信息，具有绝缘、抗电磁干扰、耐高电压等优势特征。在国外，光纤温度传感器发展很快，形成了多种型号的产品，并已应用到多个领域，取得了很好的效果。国内在这方面的研究也如火如荼，多个大学、研究所与公司展开合作，研发了多种光纤测温系统投入到了现场应用。按工作原理分，光纤温度传感器可分为功能性和传输型两种。功能型温度传感器中光纤作为传感器的同时也是光信号的载体，而传输型温度传感器中光纤则只传输光信号。目前主要的光纤温度传感器包括分布式光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器、光纤荧光温度传感器、干涉型光纤温度传感器等。其中应用最多当属分布式光纤温度传感器与光纤光栅温度传感器。 1）分布式光纤温度传感器 分布式光纤传感器最早是在1981 年由英国南安普敦大学提出的。激光在光纤传送中的反射光主要有瑞利散射（Rayleigh scatter）、拉曼散（Ramanscatter）、和布里渊散射（Brillouin scatter）三部分，如图1 所示。分布式光纤传感器经历从最初的基于后向瑞利散射的液芯光纤分布式温度监控系统，到电力系统保护与控制基于光时域（OTDR）拉曼散射的光纤测温系统，以及基于光频域拉曼散射光纤测温系（ROFDA）等等。目前其测量距离最长可达30 km，测量精度最高可达0.5℃，空间定位精度最高可达0.25 m，温度分辨率最高可达到0.01℃左右。目前，分布式光纤温度传感器主要基于拉曼散射效应及光时域反射计(OTDR)技术实现连续分布式测量，如York Sensa、Sensornet 等公司产品。基于布里渊散射光时域及光频域系统也是当前光纤传感器领域研究的热点，LIOS、MICRION OPTICS等公司已有相应的产品。 2）光纤光栅点式温度传感器 光纤光栅温度传感器是利用光纤材料的光敏性在光纤纤芯形成的空间相位光栅来进行测温的。光纤光栅以波长为编码，具有传统传感器不可比拟的优势，已广泛用于建筑、航天、石油化工、电力行业等。光纤光栅温度传感器主要有Bragg 光纤光栅温度传感器和长周期光纤光栅传感器。Bragg 光纤光栅是指单模掺锗光纤经紫外光照射成栅技术而形成的全新光纤型Bragg 光栅，成栅后的光纤纤芯折射率呈现周期性分布条纹并产生Bragg 光栅效应，其基本光学特性就是以共振波长 为中心的窄带光学滤波器，满足如下光学方程： λb = 2nΛ （1） 式中：λb为Bragg 波长；Λ 为光栅周期；n 为光纤模式的有效折射率。 长周期光纤光栅是一种特殊的光纤光栅，其传光原理是将前向传输的基模耦合到前向传输的包层模中。由于其宽带滤波、极低的背景发射等特点引起人们的重视，是一种新型的宽带带阻滤波器。
光纤温度传感器的设计 根据光纤弯曲损耗的理论分析，光纤温度传感器结构由三大部分组成：温度敏感头、传输与信号处理部分，具体结构示意图如图3 所示。 1、温度敏感头 温度敏感头是温度传感器中最主要的部件，是将所测量温度转换成直接能够测量的参数，在这里，是转换成光纤的损耗大小，同等状态下，损耗大，探测器接收到的光功率小，反之，接收到功率就大。传感头主要由多模光纤与金属构件组成，如图3 所示，将光纤施加一定的张力后直接加载在多边形金属构件上，固定好后将光纤两端头引出，在引出光纤的两端制作连接器，外加光纤保护措施，传感头主要工序就已经完成了。金属零件随温度高低不同产生形变也不一样，加载在零件上光纤弯曲损耗大小随之改变金属件受到温度越高，形变越大，在光源输出光功率稳定情况下，光纤弯曲损耗增加时，探测器接收到的光功率就会减小，反之，接收到的光功率增大。当传感头处的温度场发生变化时，通过探测器将接收到的不同光信号转换成电信号，进一步处理、计算，输出外界的温度值大小。金属零件在热变形时，其变形量不仅与零件尺寸、组成该形体的材料线膨胀系数α、环境温度t 有关，而且与形体结构因子(取决于几何参数)有关，计算比较复杂，在这里采
用传统的公式模拟来计算： Lt=L[1+α (t-20°C)] (5)
式中，Lt—温度t 时的尺寸；L—20℃时的尺寸；α—线膨胀系数，其数学表达式比较复杂，可选用平均线膨胀系数，经过查表可知。为了提高传感器的灵敏度，温度敏感头金属材料需选用膨胀系数较大的，且膨胀系数在整个温度测量区间要较稳定，有较好重复性；温度敏感头的结构形状也是要考虑的另一个因素，不同的形状，对灵敏度影响很大。要提高传感头对温度的响应时间，需要选用导热系数较高的材料，比热越小越好，在温度突变时，能快速响应。经过课题组反复计算与试验，选用成本较低、加工容易、导热较快，并且满足使用范围的金属材料铝。通过试验，传感器在-40°C～＋80°C温度范围内均可精确工作。 2、传输部分 光纤在这里不仅要作为转换器件使用，同时也作为光信号传输载体，选用对弯曲损耗更敏感的多模光纤，一般地采用62.5/125μm 标准的多模光纤。由于加载光纤时要施加一定的张力控制，使得光纤缠绕在金属零件上，光纤本身就比较容易损坏，敏感头处光纤长时间受到一定内应力作用，必须对光纤的涂层进行加固耐磨处理，增加传感器使用的可靠性。 3、信号处理部分信号处理部分主要由发光管、探测器的驱动电路与数字电路处理两部分组成，发光管、探测器的驱动电路技术已经非常成熟。数字电路处理主要使用价廉物美的单片机，CPU使用美国ATMEL 公司生产的AT89C52 单片机，是一块具有低电压、高性能CMOS 8 位单片机，片内含8k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes 的随机存取数据存储器（RAM），全部采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS－51 指令系统及8052 产品引脚兼容，片内置通用8 位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大。A/D 转换采用AD 公司生产的12 位D574A 芯片，转换时间位25μs，数字位数可设定为12 位，也可设为8 位，内部集成有转换时钟、参考电压和三态输出锁存，可以与微机直接接口。为了方便在现场使用，光纤温度传感器扩展了LCD 显示接口，同时还扩展了一个RS-232 通信口，用于同上位机进行通信，将现场采集的数据传送到上位机，进一步分析处理。整个监控程序采用模块化设计，主要的功能模块有：系统初始化，A/D 采样周期设定，数字滤波，数据处理，串行通信，中断保护与处理，显示与键盘扫描程序等。程序采用单片机汇编语言来编写，使用广泛、运算的速度快等特点，有效的利用单片机上有限的RAM 空间，其中，由于温度的变化引起光强的变化不是线性的，因此我们采用查表法对其测量值进行线性补偿。
试验检验与数据处理 已经制作好的温度敏感头通过试验测试。 第一步，在温度敏感头的一端光纤连接器上加载稳定的短波长的光源，另一端接相匹配的光功率计，将温度敏感头置入恒温槽中； 第二步，设置恒温槽温度，观察光功率计值的变化情况，要满足在测量的整个工作区间光功率都有变化； 第三步，定点测量，设定几个或更多温度点，记录下，温度与光功率对应值，反复多次试验，观察温度敏感头的重复性。光纤温度传感头通过试验测试，将温度与光功率相对应数据制成表格，具体见表1 所示，曲线图见图4。