光纤法布里 - 珀罗干涉温度测量

时间:2019-03-02 09:13:13 来源: 天游ty8注册 作者:匿名


1简介

为了适用于不同场合的温度测量,已经开发了各种温度传感器。常用的水银温度传感器适用于常温测量;基于电信号测量的温度传感器,如热敏电阻和热电偶,不适用于易燃,易爆和强电磁干扰的环境。光纤温度传感器[1]可以在各种条件和环境下使用。它具有体积小,柔韧性好,抗电磁干扰等优点,具有很大的研究,开发和应用价值。本文介绍了一种基于法布里 - 珀罗白光干涉原理的新型光纤温度传感器[2],它可以测量绝对温度,具有很高的精度和可重复性。

2设计原则

光纤温度传感器的设计基于将测量温度转换为法布里 - 珀罗干涉腔的光纤长度的原理。根据应力 - 应变与温度的关系,由笛卡尔坐标坐标(x,y,z)测得的物体温度变化引起的应变分量为[3]:

如果仅考虑轴向应变[4]εxx=ΔL/L,则由ΔL/L=kT设计的光纤温度传感器的结构如图1所示。两个端部涂覆的多模光纤插入空腔中光纤形成FP干涉腔。通过胶固定入射光纤,调节反射光纤直至其具有合适的腔长度值,并用胶水固定。从人入射光纤进入的光被M1反射以形成第一反射光,并且M2被反射以形成第二反射光,并且两个反射光形成干涉光。随着腔长度的变化,干涉光将被腔长度波长调制以形成调制光。

3实验电路设计和实验结果

实验系统如图2所示。来自宽带LED的光被注入耦合器的分流器并被导向F-P传感器。由传感器调制的光信号通过专门设计的解调器反射回来并聚焦在一条直线上。只有腔长度满足干扰条件的信号才能通过解调器并由线阵CCD收集。由于设计的光纤温度传感器利用载体的热膨胀,因此可用于高精度,稳定和可重复的测量。目前的分辨率高达0.1°C

在实验中,将制造的光纤传感器封装在直径为3mm的铜管中。铜的热膨胀系数为k=14.8×10 -6 /℃。理论上是:

光纤温度传感器温度特性的实验数据用于产生温度与ΔL之间的关系,如图3所示,L为1.0 cm,ΔL/ΔT=151.11 nm /°C来自于图3,所以:

由于实验数据读取误差和胶水对光纤传感器的影响,等式(3)和(4)中的ΔL/LΔT值不完全相同,这可以通过信号处理中的算法来补偿。总之,实验结果与理论分析一致。

4。结论

从实验结果来看,基于法布里 - 珀罗白光干涉原理的光纤温度传感器的温度测量范围高达40°C至100°C;分辨率达到0.1°C。可用于各种常规测量和高精度测量。目前,传感器已经制成样品,并将在不久的将来投入实际使用和生产。

摘录自:中国计量与测量网络

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