​光纤荧光温度传感器

发表时间: 2019-08-29 09:27:34


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荧光光纤测温系统

某些荧光材料的发光特性与温度有显著的函数关系,测量计算材料荧光的强度、 比强度、寿命等特性的变化可以得到相应的温度。荧光温度传感器往往还具有光波导组件, 传播来自光源的激发光和来自荧光材料的荧光信号。光子晶体光纤荧光温度传感器及测量系统,通过激发光和信号光的传播可以通过同一个光 路,也可以不同。专在利用同一个光波导传播激发光和信号光的温度传感 器中,储置于一个罩子凹部的荧光材料被粘合在光波导端面,温度探针用保护套封闭 ( 专 利文献 2)。保护套与储放荧光材料的罩子连接在一起。之前的荧光温度传感器使用同一个 光波导传播激发光和信号光时,存在信号强度较低,因而影响测量精度。热敏区的附加质量 较大,探针对快速变化的温度的响应存在迟滞 ;保护套的热导扰动改变测温点的温度,使传感器不能测量微区环境温度。


光纤荧光温度传感器

传感器探针结构紧凑体型细 小,激发光利用率高,信号稳定,兼容荧光强度法的测量,且避免了激发光强度起伏对测量 精度的影响。 包括光谱测量模块、控制与信号处理模块、光电二极 管、光源、光纤光分束器、传感器探针,其特征是光谱测量模块连接控制与信号处理模块,控 制与信号处理模块分别连接光电二极管和光源,光源连接光纤光分束器,光纤光分束器分 别连接光电二极管和传感器探针。 光源为经调制为脉冲光或被滤波的激发光光源。传感器探针包括激发光传输光纤束、信号传输光纤、约束套管、荧光 混合物、反射层,其特征是约束套管固定连接六根激发光传输光纤束和一根信号传输光纤, 六根激发光传输光纤束包裹一根信号传输光纤形成光纤束,光纤束的一端连有荧光混合物,荧光混合物外围连有反射层。荧光混合物为荧光材料和液态粘合剂的混合后固化产物。


光纤传感器的特点

具有许多电传感器不可比拟的优点,如不受电磁场以及其它外界环境变化的
影响、灵敏度高、体积小、绝缘性好、可实现分布测量等,因此越来越受到重视。许多物
理量如温度、应变、位移、湿度、压力、声音、振动等都可以使用光纤传感器进行高精度
的测量。光纤传感己经广泛应用于建筑、石油、化工、交通、能源、冶金、医药、军工、
禽品、核工业等领域。
按照其工作原理,光纤传感器可分为强度调制型和波长编码型。顾名思义,以波长编码
方式工作的光纤传感器是以光的波长作为被检测量的标识,即被检测量的变化将被转换成
光的波长的变化.其最大优点就是被检测量的信息不会随光的强度的改变而发生变化,即
被检测量的信息不会因为传输光纤的长短及光纤链路的损耗的大小而改变,这对于远距髙
测暈是非常重要的。此外,具有波长编码功能的光纤传感器可以采用波长复用的方式将多
个传感器申接在同一光纤链路中,从而实现多点或分布式测量。波长编码型光纤传感器的
缺点是需要有波长解调功能的设备将被检测量从光的波长中提取出来,也就是说,需要测
最光的波长.与强度测量相比,波长测量要复杂,一般需要通过光谱分析才能完成。
目前,已有多种方法和技术可以实现波长编码型的光纤温度传感,其中使用较广泛有釆
用光纤布拉格光栅(简称FBG)技术、长周期光纤光栅(简称LPG)技术、光纤F・P技术
和光纤多模干涉(MMI)技术等。由标准通信光纤制作的FBG和MMI温度传感器的波长.
温度灵敏度约为llpm/°C。LPG作为溫度传感器时,其波长-温度灵敏度的大小和符号均取
决于LPG所利用的包层模的阶数。目前已实现的波长-温度灵敏度在-140pm/°C至
-340pm/°C,光纤温度传感器的波长韓度灵敏度是一个重要的技术指标,高的波长-温度灵
敏度不仅有利于提高测量的精度和分辨率,还可以降低对波长解调系统的要求,从而可降
低整个温度传感系统的制造成本。


为什么要使用荧光光纤测温


在许多特殊的测温环境中,对温度的测量可能会遇到一些困难,而荧光光纤传感 器以其优良的绝缘性、抗电磁干扰、体积小、传输损耗低、耐腐蚀、安装方便等特点正日益受 到重视。其基本原理是用蓝紫光激发荧光介质产生荧光,荧光的寿命随温度的升高而减小, 因此通过检测荧光的寿命就可以达到测量温度的目的。 目前,应用于电缆接头、高压开关柜开关触点的光纤温度测量方式主要包括分布 式光纤温度传感器、准分布式光纤光栅温度传感器以及塑料光纤荧光温度传感器,其中前两种使用成本比较昂贵,尤其对与少量的或者分散的测温点而言,需要大量资金投入,造成许多不必要的浪费,同时在施工过程中也存在诸多不便。塑料光纤荧光温度传感器虽然成 本较低、施工方便,但是塑料光纤的耐高温性能较差,应用受到很大的限制。

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