光纤温度传感器的研究

目 录
第一章 绪  言 1
1.1 光纤传感器概述 1
1.2 光纤温度传感器研究现状综述 3
1.2.1光反射法 3
1.2.2双折射法 4
1.2.3光吸收法 6
1.3 分布式光纤传感器 7
1.4 FBG(光纤布拉格光栅)的产生,优势及应用 9
1.5 FBG波长移位的检测手法 10
1.5.1 宽带光谱输入，分光仪检测 10
1.5.2 可调谐窄带光输入，宽带检测器探测 10
1.5.3 光栅波长移位的检测 11
1.6 关于本课题 14
第2章 FBG传感基本原理 17
2.1 FBG的制作方法 17
2.1.1　周期性光纤光栅的制作方法 17
2.1.2非周期性光纤光栅的制作方法 19
2.2 FBG的基本特性 20
2.3  光纤光栅的应力灵敏度和温度灵敏度 22
第3章 FBG的温度传感研究 24
3.1 FBG温度传感系统结构 24
3.1.1 光源 25
3.1.2 电磁铁推动悬臂梁扫描跟踪 26
3.1.3 光纤光栅的选择 27
3.2 系统主要器件性能及参数指标 29
3.2.1恒温水箱 30
3.2.2 滤波部分 30
3.2.3  数据采集卡 30
3.2.4  PIN光电探测器 32
3.2.5 PIN的外围驱动电路 33
3.2.6  软件处理程序 34
第4章 实验结果及误差分析 36
4.1 前期准备 36
4.1.1 输出光谱 36
4.1.2  扫描电压 38
4.1.3   数据采集 39
4.2 测量FBG1环境温度与波长的对应关系 42
4.3系统稳定性实验 43
4.4 温度特性标定实验 44
4.5 系统的误差来源 45
4.5.1  温度对测量的影响 45
4.5.2  电池 47
4.5.3  电磁铁通电电流与指针位移的线性 47
第五章  结  论 48
参考文献 51
致  谢 52
 
第一章 绪  言
1.1 光纤传感器概述
光波导，特别是光纤不仅能用作光波的传输介质，而且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，因此通过测量光纤中传输光波的特征参量来实现对各种物理量的传感测量。
光纤传感器一般由四大部分组成：光源，光信号传输（一般由光纤完成），传感头，光电转换及信号处理，如图1.1所示。光波作为载波经入射光纤传输到传感头，光波的某些特征参量在传感头内被外界物理参量所调制，含有被调制量信息的光波经出射光纤传输到光电转换部分，经解调后就能得到被测物理量的大小和状态。由于光波的频率很高，且是一种二维信号载体，所以它能传感和传输的信息量极大。