光纤温度传感器

　　光纤温度传感器是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?。

　　光纤、光谱分析仪、透明晶体（如砷化镓）

　　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出另一根光纤输出，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。

　　光纤温度传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，待测参数温度与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位等)发生变化，称为被调制的信号光。再经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。

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。

光纤温度传感器种类很多，但概括起来按其工作原理可分为功能型和传输型两种。

功能型光纤温度传感器是利用光纤的各种特性(相位、偏振、强度等)随温度变换的特点，进行温度测定。这类传感器尽管具有传、感合一的特点，但也增加了增敏和去敏的困难。

传输型光纤温度传感器的光纤只是起到光信号传输的作用，以避开测温区域复杂的环境。对待测对象的调制功能是靠其他物理性质的敏感元件来实现的。这类传感器由于存在光纤与传感头的光耦合问题，增加了系统的复杂性，且对机械振动之类的干扰比较敏感。

　　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。

光纤温度传感器自问世以来，主要应用于电力系统、建筑、化工、航空航天、医疗以至海洋开发等领域，并已取得了大量可靠的应用实绩。它的应用是一个方兴未艾的领域，有着非常广阔的发展前景，迄今为止，国内外已经有不少相关研究，虽然在灵敏度、测量范围、分辨率等方面均有了很大的发展，但是相信随着研究的深入，根据具体的应用目的，会有越来越多的精度更高、结构更简单、成本更低、更实用的方案提出，更进一步促进温度传感器的发展。^[1]