光纤温度传感器有哪些分类 光纤温度传感器工作原理

    温度传感器可以说是最常用的传感器类型之一，比如空调温度的显示等，均依赖于温度传感器。为增进大家对温度传感器的认识，本文Ameya360电子元器件采购网将对光纤温度传感器进行介绍。通过本文，你将了解到光纤温度传感器及其结构，以及光纤温度传感器的分类。

    一、光纤温度传感器及其结构

    光纤温度传感器是一种传感装置，利用部分物质吸收的光谱随温度变化而变化的原理，分析光纤传输的光谱了解实时温度，主要材料有光纤、光谱分析仪、透明晶体等，分为分布式、光纤荧光温度传感器。

    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从另一根光纤输出，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。

    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。

    系统的工作原理为: 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。

    光纤传感头端部由Cr3+离子掺杂， 实现光激励时的荧光发射。 掺杂部分光纤长度为8～10 mm。 端部光纤的外表面同时镀覆黑体腔， 用于辐射测温。 (这时，光纤黑体腔长度与直径之比大于10，可以满足黑体腔表观辐射率恒定的要求)。 值得注意的是， 避免或减少荧光发射部分与热辐射部分的相互干扰， 对保证整个系统的性能十分重要。

    经过分析， 可以发现这种干扰主要表现为:

    1) 荧光信号中辐射背景信号对荧光寿命检测精度的影响，

    2) 光纤表面镀覆对荧光强度的影响，

    3) 光纤内Cr3+离子掺杂对黑体腔热辐射信号的影响。

    二、光纤温度传感器分类

    (一)分布式光纤温度传感器

    分布式光纤温度传感器，通常用在检测空间温度分布的系统，其原理最早于1981年提出，后随着科学家的实验研究，最终研制出了此项技术。这种传感器原理发展是基于三种传感器的研究，分别是瑞利散射、布里渊散射、喇曼散射。在瑞利散射(OTDR)和布里渊散射(OTDR)的研究已取得了很大的进展，因此未来的传感器研究热点，将放在对基于喇曼散射(OTDR)的新分布式光纤传感器的研究上。

    最近，土耳其Gunes Yilmaz开发出了一种分布式光纤温度传感器，此传感器的温度分辨率是1℃，空间分辨率是1。23m。在我国也有很多大学展开了对分布式光纤温度传感器的研究，例如，中国计量大学1997年发明出煤矿温度检测的传感器系统，其检测温度为-49℃～150℃，温度分辨率为0。1℃。

    (二)光纤荧光温度传感器

    当前最热门的研究，就是针对光纤荧光温度传感器，其是利用荧光的材料会发光的特性，来检测发光区域的温度。这种荧光的材料通常在受到紫外线或红外线的刺激时，就会出现发光的情况，发射出的光参数和温度是有着必然联系的，因此可以通过检测荧光强度来测试温度。

    世界各国的高校都设计过此类传感器，例如，韩国汉城大学发现10cm的双掺杂光纤，在其915nm的地方所反射出的荧光强度所对应的温度指数是20℃～290℃;我国清华大学借用半导体GaAs原料来吸收光，进而以光随温度改变的原理，研发出了温度范围是0℃～160℃的光纤荧光温度传感器。