元件式光纖溫度傳感器

熒光式光纖溫度傳感器是目前應用最先進的儀器儀表類測溫系統(tǒng)。

光纖溫度傳感器可分為兩種類型：元件型和透射型。

前者采用光纖作為敏感元件，后者采用光纖作為傳輸線。

元件式光纖溫度傳感器的工作原理

元件光纖溫度傳感器圖是利用光振動幅度隨溫度變化的傳感器。

光纖芯的直徑和折射率隨溫度的變化而變化，光在光纖中傳播的光由于路線不均勻而分散，導致光幅值的變化。

是利用光學偏振面旋轉的傳感器。

單模光纖的偏振面隨溫度的變化而旋轉，通過偏振片得到振幅的變化。

是使用光學相位變化的傳感器。單模光纖的長度、折射率和芯徑隨溫度的變化而變化，利用干涉儀可以得到光在光纖中傳播的相位變化。用于檢測相位變化的基本系統(tǒng)是Mahzard干涉儀。測量相位變化的基本系統(tǒng)是，在該儀器中，信號光纖的光與穩(wěn)定的參考光束混合在一起。由于信號光纖受測量參數的影響，由信號光纖傳播的光信號的相位發(fā)生變化，因此兩個光柱之間會發(fā)生干涉。原則上，一個合適的相位檢測器可以用來檢測小的變化，而條紋計數器可以用來檢測大的變化。

參考光束根據應用狀態(tài)可以通過或不通過頻移，光的頻移通常由Bulger盒完成。干涉儀的布局非常嚴格。其中一個主要的困難是光的偏振面在穿過光纖后會被散射。這樣，由于參考光束和信號光束的正交偏振，有時無法觀測到干涉條紋。光纖溫度計是一種非常敏感的儀器。如果參考光程是穩(wěn)定的，則可以測量溫度的一小部分。上述光纖溫度傳感器各有優(yōu)缺點，但后續(xù)光纖溫度傳感器在實際應用中處于領先地位。透射式光纖溫度傳感器的工作原理如下圖所示。傳輸光纖溫度傳感器圖(A)是一種由熱傳感器、LED和光纖組成的光纖溫度傳感器。

一種將溫度轉換為光學透過率和反射率的光纖溫度傳感器。通常，傳輸傳感器可以在光纖中獲得大量的光通量，因此采用多模光纖。光纖溫度傳感器在各種溫度傳感器中的應用前景尚不明朗，但在醫(yī)療、環(huán)保、工業(yè)自動控制等領域有著廣闊的應用前景。目前，光纖溫度傳感器主要有兩種：輻射(紅外)光纖溫度傳感器和半導體吸收光纖溫度傳感器。輻射(紅外)光纖溫度傳感器輻射光纖溫度傳感器由光纖耦合器、傳輸光纖和光電轉換器組成，如下圖所示輻射光纖溫度傳感器的原理和結構利用光纖的耦合和傳輸特性，將被測物體表面(與被測物體表面溫度有關)的輻射能主要傳輸到光電探測器，并將其轉換為電能輸出。

1.光耦合器是決定傳感器靈敏度的主要元件，因此光耦合效率是一個非常重要的問題。光纖的耦合效率直接關系到光纖的數值孔徑。為了提高傳感器的靈敏度，必須采用大數值孔徑光纖。然而，光纖的數值孔徑直接影響傳感器距離系數的性能指標，因此需要綜合考慮。透過率是透射纖維的主要參數。

為了提高透光率，在固定材料時，主要的方法是增大光纖的直徑，縮短光纖的長度。實驗證明，當光纖的材料、結構和耦合方式固定時，透射率是一個穩(wěn)定的參數。但是，當光纖使用不同的材料、不同的直徑和不同的長度時，其透光率是不同的。

3.光電轉換器本部分的主要功能是將光學信息轉換為電輸出和顯示。光電轉換元件通常采用硅光電池、PBS或其它探測器。由于紅外探測器的光敏元件面積大，直接耦合光纖可以獲得光敏元件的效率。通常的直接出口聯(lián)軸器的效率可達85%以上。

除了光纖的輸出端與探測器之間的直接耦合外，還可以采用調制盤耦合。半導體光纖溫度傳感器如下圖所示。光纖溫度傳感器的切割光纖安裝在薄鋼管中。光纖兩側(如GaAs或InP)之間有一個半導體溫敏片，半導體溫敏片的透射光強隨測量溫度的變化而變化。因此，當在光纖的一端輸入恒定的光強時，由于半導體溫度傳感片的傳輸能力隨溫度的變化，光纖另一端接收元件接收到的光強也隨所測溫度的變化而變化。因此，可以通過測量接收元件的輸出電壓來測量傳感器位置的

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