光纤温度传感器原理是什么？类型有哪些？应用一览

1.什么是光纤温度传感器

光纤传感器是随着光通信技术的发展而出现的一种传感器，是通过将被测量指标转换为光纤传输光波的特征参量的传感器。光纤温度传感器则是光纤传感器中的重要类型，具有灵敏、小巧、适应性强等特点。

2.光纤温度传感器的原理

在光学行业，早期的光纤用于传光和传像，在 20 世纪 70 年代初产生低损光纤后，光纤开始用于长距离信息传输。但是光纤在作为光波的传输介质时，由于外界环境因素的影响 (温度、位移、压力、电磁场)会导致光纤中传输的光波特征参量(振幅、相位、波长、偏振态)发生变化，如图所示。因而可以通过测量光波参量的变化来探测外界因素的变化，由此产生了光纤传感技术。

光纤温度传感器的原理

3.光纤温度传感器的类型

光纤温度传感器的机理和结构形式多种多样，但基本上可以分为功能型(传感型)和传输型(传光型)两大类。

功能型光纤温度传感器：

(1)分布式光纤温度传感器：分布式光纤温度传感器的特点是能够在大空间范围实现连续、实时的测量温度，传感长度从几千米到几百千米的范围。和传统的点式传感器相比，它具有测量空间范围大、结构简单、性价比高等优点，因此有广泛的市场需求。

(2)干涉型光纤温度传感器：当环境温度变化时，可以引起光纤传输光的相位发生变化，从而形成相位调制型(干涉型)光纤温度传感器。通常测量相位时采用两束光的干涉，根据干涉光强度变化得到温度值。

(3)光纤光栅温度传感器：光纤Bragg光栅 (FBG)是基于光纤的光敏性，例如应用紫外光照射使纤芯产生周期性的折射率变化。外界温度变化时，Bragg 光栅周期和折射率都会发生变化，从而导致光栅布拉格波长λB漂移，通过测量Bragg光栅布拉格反射波长即可测量温度，这种传感器属于波长调制型。

传输型光纤温度传感器：传输型光纤温度传感器的典型实例是光纤荧光温度传感器，荧光材料在受外界光(红外光、紫外光或可见光)激发时，会向外辐射光，称为荧光。荧光材料的激发区光谱是材料的固有属性，由材料的吸收谱决定。光纤荧光温度传感器是利用荧光材料的温度特性测温的，有基于荧光强度比和荧光寿命两种测温方式。

4.光纤温度传感器应用举例

(1)医学领域的应用

传输型光纤温度传感器的典型应用实例是光纤荧光温度传感器，荧光材料在受外界光(红外光、紫外光或可见光)激发时，会向外辐射光，称为荧光。荧光材料的激发区光谱是材料的固有属性，由材料的吸收谱决定。光纤荧光温度传感器是利用荧光材料的温度特性测温的，有基于荧光强度比和荧光寿命两种测温方式。

(2)航天航空领域的应用

在航天航空领域，使用传感器的数量非常多。例如一架飞行器需要传感的信息包括温度、压力、燃料液位、振动、方向舵和机翼的位置等，内部传感器数量可多达上百个，因此需要传感器的尺寸和重量都要非常小。尤其在对环境控制系统和飞行发动机系统测控时，需要温度进行实时监控，而传统的温度传感器采用热电偶或热敏电阻的元器件，不能满足航空航天装备的传感需要。光纤传感器尺寸小、重量轻、抗干扰能力强、测量准确度高，具有其他传感器无法比拟的优势，在航空航天系统有十分广泛的应用前景。

(3)电力行业的应用

光纤温度传感器可在各类大中型发电机、电动机和变压器中进行温度检测，电力电缆密集区的温度检测，电力系统的热动保护或故障诊断等。

(4)建筑行业的应用

光纤或者光纤光栅能够很容易的埋入一些建筑或桥梁的材料中，这样利用光纤传感器就能够对建筑内部的温度实现大范围和高精度的测量。

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