光纤温度传感器,是一类利用在光线在光线中传输时,光的振幅、相位、频率、偏振态等随光纤温度变化而变化的原理制作的传感器。

什么是光钎传感器

光纤传感器是一种将被测对象的状态转变为可测的光信号的传感器。光纤传感器的工作原理是将光源入射的光束经由光纤送入调制器,在调制器内与外界被测参数的相互作用, 使光的光学性质如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等发生变化,成为被调制的光信号,再经过光纤送入光电器件、经解调器后获得被测参数。整个过程中,光束经由光纤导入,通过调制器后再射出,其中光纤的作用首先是传输光束,其次是起到光调制器的作用。

 

光钎传感器的工作原理

 

 

光钎传感器工作原理

 

光纤温度传感器的结构原理有很多种。其基本系统结构如图。

 

光纤温度传感器一般分为两类:

一类是光导纤维只起到传输光的作用,必须在光纤端面加装其它敏感元件才能构成新型传感器的传输型传感器。

二类是利用光导纤维本身具有的某种敏感功能而使光纤起测量温度的作用,属于功能型,光纤既感知信息,又传输信息。

 

 

光钎传感器工作原理 

 

 

根据几何光学理论(参照上图),当光线以某—较小的入射角,由折射率为 n1 的光密物质射向折射率为 n2 的光疏物质,则一部分入射光以折射角折射入光疏物质,其余部分以角度反射回光密物质。 当光线的入射角θ1 增大到某一角度θc 时,透射入光疏物质的折射光则沿界面传播,当入射角θ1>θc 时,光线不会透过其界面,而全部反射到光密物质内部,也就是说光被全反射。根据这个原理(参照下图),只要使光线射入光纤端面的光与光轴的夹角θ0 小于一定值,则入射到光纤纤芯和包层界面的φ1 角就满足大于临界角的条件,光线就射不出光纤的纤芯。光线在纤芯和包层的界面上不断地产生全反射而向前传播,光就能从光纤的一端以光速传播到另一端,这就是光纤传光的基本原理。

 

光钎传感器的作用

光纤传感器的应用范围很广,几乎涉及国民经济和国防上所有重要领域和人们的日常生活,尤其可以安全有效地在恶劣环境中使用,解决了许多行业多年来一直存在的技术难题,具有很大的市场需求。主要表现在以下几个方面的应用:

 

城市建设中桥梁、大坝、油田等的干涉陀螺仪和光栅压力传感器的应用。光纤传感器可预埋在混凝土、碳纤维增强塑料及各种复合材料中,用于测试应力松弛、施工应力和动荷载应力,从而评估桥梁短期施工阶段和长期营运状态的结构性能。

 

在电力系统,需要测定温度、电流等参数,如对高压变压器和大型电机的定子、转子内的温度检测等,由于电类传感器易受电磁场的干扰,无法在这类场合中使用,只能用光纤传感器。分布式光纤温度传感器是近几年发展起来的一种用于实时测量空间温度场分布的高新技术,分布式光纤温度传感系统不仅具有普遍光纤传感器的优点,还具有对光纤沿线各点的温度的分布传感能力,利用这种特点我们可以连续实时测量光纤沿线几公里内各点温度,定位精度可达米的量级,测量精度可达 1 度的水平,非常适用大范围交点测温的应用场合。

 

此外,光纤传感器还可以应用于铁路监控、火箭推进系统以及油井检测等方面。

 

光纤同时具备宽带、大容量、远距离传输和可实现多参数、分布式、低能耗传感的显著优点。光纤传感可以不断汲取光纤通信的新技术、新器件,各种光纤传感器有望在物联网中得到广泛应用。