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光纖溫度傳感器的發展與應用研析

發布時間:2014-10-08

    溫度傳感器是基于一個基本的物理量“溫度”,其是指能感受溫度并轉換成可用輸出信號的傳感器。溫度傳感器是溫度測量儀表的核心部分,品種繁多。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類,按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。

    自然界中的一切過程無不與溫度密切相關。從伽利略發明溫度計開始,人們開始利用溫度進行測量。

    溫度傳感器是最早開發、應用最廣的一類傳感器。但真正把溫度變成電信號的傳感器是由德國物理學家賽貝發明的,就是后來的熱電偶傳感器。50年以后,德國人西門子發明了鉑電阻溫度計。在半導體技術的支持下,本世紀相繼開發了包含半導體熱電偶傳感器在內的多種溫度傳感器。與之相應,根據波與物質的相互作用規律,相繼開發了聲學溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。

    而光纖自20世紀70年代問世以來,隨著激光技術的發展,從理論和實踐上都已證明光纖具有一系列的優越性,光纖在傳感技術領域中的應用也日益受到廣泛重視,隨著科學技術的發展,涌現了許許多多的光纖溫度傳感器,并且可以預料,在新技術革命的浪潮中,光纖溫度傳感器必將得到廣泛的應用,并發揮出更多的作用。

    光纖溫度傳感器的基本工作原理是將來自光源的光經過光纖送入調制器,待測參數溫度與進入調制區的光相互作用后,導致光的光學性質(如光的強度、波長、頻率、相位等)發生變化,稱為被調制的信號光。再經過光纖送入光探測器,經解調后,獲得被測參數。

    光纖溫度傳感器種類很多,但概括起來按其工作原理可分為功能型和傳輸型兩種。功能型光纖溫度傳感器是利用光纖的各種特性(相位、偏振、強度等)隨溫度變換的特點,進行溫度測定。這類傳感器盡管具有傳、感合一的特點,但也增加了增敏和去敏的困難。傳輸型光纖溫度傳感器的光纖只是起到光信號傳輸的作用,以避開測溫區域復雜的環境。對待測對象的調制功能是靠其他物理性質的敏感元件來實現的。這類傳感器由于存在光纖與傳感頭的光耦合問題,增加了系統的復雜性,且對機械振動之類的干擾比較敏感。

    目前已研制成多種光纖溫度傳感器。下面介紹幾種主要的光纖溫度傳感器的研究現狀,其中有代表性的有光纖Fabry-perot干涉型溫度傳感器、半導體吸收型光纖溫度傳感器、光纖光柵溫度傳感器三種。

    光纖溫度傳感器自問世以來。主要應用于電力系統、建筑、化工、航空航天、醫療以至海洋開發等領域,并已取得了大量可靠的應用實績。它的應用是一個方興未艾的領域,有著非常廣闊的發展前景,迄今為止,國內外已經有不少相關研究,雖然在靈敏度、測量范圍、分辨率等方面均有了很大的發展,但是相信隨著研究的深入,根據具體的應用目的,會有越來越多的精度更高、結構更簡單、成本更低、更實用的方案提出,更進一步促進溫度傳感器的發展。


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