分布式光纤温度传感器近五年的发展

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1.求一篇关于光纤传感器的应用的论文

温度传感器温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与温度密切相关。

温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。温度传感器的市场份额大大超过了其他的传感器。

从17世纪初人们开始利用温度进行测量。在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。

与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。两种不同材质的导体，如在某点互相连接在一起，对这个连接点加热，在它们不加热的部位就会出现电位差。

这个电位差的数值与不加热部位测量点的温度有关，和这两种导体的材质有关。这种现象可以在很宽的温度范围内出现，如果精确测量这个电位差，再测出不加热部位的环境温度，就可以准确知道加热点的温度。

由于它必须有两种不同材质的导体，所以称之为“热电偶”。不同材质做出的热电偶使用于不同的温度范围，它们的灵敏度也各不相同。

热电偶的灵敏度是指加热点温度变化1℃时，输出电位差的变化量。对于大多数金属材料支撑的热电偶而言，这个数值大约在5~40微伏/℃之间。

热电偶传感器有自己的优点和缺陷，它灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号的影响，也容易受到前置放大器温度漂移的影响，因此不适合测量微小的温度变化。由于热电偶温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关，用非常细的材料也能够做成温度传感器。

也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微的测温元件有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程。温度传感器是五花八门的各种传感器中最为常用的一种，现代的温度传感器外形非常得小，这样更加让它广泛应用在生产实践的各个领域中，也为我们的生活提供了无数的便利和功能。

温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器（RTD）和IC温度传感器。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。

接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称温度计。温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。

一般测量精度较高。在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。

但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差，常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。

在日常生活中人们也常常使用这些温度计。随着低温技术在国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等部门的广泛应用和超导技术的研究，测量120K以下温度的低温温度计得到了发展，如低温气体温度计、蒸汽压温度计、声学温度计、顺磁盐温度计、量子温度计、低温热电阻和低温温差电偶等。

低温温度计要求感温元件体积小、准确度高、复现性和稳定性好。利用多孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成的渗碳玻璃热电阻就是低温温度计的一种感温元件，可用于测量1.6~300K范围内的温度。

非接触式温度传感器的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速（瞬变）对象的表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。

最常用的非接触式测温仪表基于黑体辐射的基本定律，称为辐射测温仪表。辐射测温法包括亮度法（见光学高温计）、辐射法（见辐射高温计）和比色法（见比色温度计）。

各类辐射测温方法只能测出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。只有对黑体（吸收全部辐射并不反射光的物体）所测温度才是真实温度。

如欲测定物体的真实温度，则必须进行材料表面发射率的修正。而材料表面发射率不仅取决于温度和波长，而且还与表面状态、涂膜和微观组织等有关，因此很难精确测量。

在自动化生产中往往需要利用辐射测温法来测量或控制某些物体的表面温度，如冶金中的钢带轧制温度、轧辊温度、锻件温度和各种熔融金属在冶炼炉或坩埚中的温度。在这些具体情况下，物体表面发射率的测量是相当困难的。

对于固体表面温度自动测量和控制，可以采用附加的反射镜使与被测表面一起组成黑体空腔。附加辐射的影响能提高被测表面的有效辐射和有效发射系数。

利用有效发射系数通过仪表对实测温度进行相应的修正，最终可得到被测表面的真实温度。最为典型的附加反射镜是半球反射镜。

球中心附近被测表面的漫射辐射能受半球镜反射回到表面而形成附加辐射，从而提高有效发射系数：式中ε为材料表面发。

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光纤传感器及其研究现状①

唐宇刘传菊

（仲恺农业工程学院信息学院广州 510225）

摘要：光纤传感器是近几年来出现的集光学、电子学为一体的新型传感器。本文主要介绍了光纤传感器的结构、原理、特点以及

目前的研究现状和发展方向。

关键词：传感器光纤理论光纤传感器

中图分类号： T P 2 1 2 文献标识码： A 文章编号：1672-3791(2009)03(a)-0017-02

Study on Optical Fiber Sensor and its Application

TANG Yu LIU Chuan-ju

(Information College ZhongKai University of Agriculture and Engineering, Guangzhou 510225)

Abstract: Optical fiber sensor, which is combined with optical and electronic, is a new sensor. This paper mainly introduced the

structure of optical fiber sensor、the principle of optical fiber sensor and the new research of optical fiber sensor.

Key words: Sensor; Optical Fiber Theory; Optical Fiber Sensor

随着现代科学技术的发展，信息的获

得显得越来越重要。传感器正是感知、检

测、监控和转换信息的重要技术手段。光

纤传感器是继光学、电子学为一体的新型

传感器，与以往的传感器不同，它将被测信

号的状态以光信号的形式取出[ 1 ] 。光信号

不仅能被人所直接感知，利用半导体二极

管如光电二极管等小型简单元件还可以进

行光电、电光转换，极易与一些电子装配

相匹配，这是光纤传感器的优点之一；另外

光纤不仅是一种敏感元件，而且是一种优

良的低损耗传输线；因此，光纤传感器还可

用于传统的传感器所不适用的远距离测

量。近年来光纤传感器得到了越来越广泛

的应用。

1 光纤传感器的基本构成及原理

光纤传感器由光源、入射光纤、出射

光纤、光调制器、光探测器以及解调制器

组成。其基本原理是将光源的光经入射光

纤送入调制区，光在调制区内与外界被测

参数相互作用，使光的光学性质（如强度、

波长、频率、相位、偏正态等）发生变化而

成为被调制的信号光，再经出射光纤送入

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分布式光纤温度传感器的设计

1 引言 2 装置和原理 3 波形产生结论

1 引言在众多光纤传感技术中分布式光纤传感器技术是目前国内外关注的新热点，它利用了光纤中喇曼散射的温度效应和光学时域反射（Optical time domain reflectometry , OTDR）技术，可以实时测量空间温度场的分布。分布式光纤温度传感器系统的信号通道和传感器全部用光纤实现，因而具有光纤传感器的所有特点，它最显著的特点还在于网络化传感方式，即把传感光纤或光纤传感器回路沿作用场（压力、温度、应变等）分布排列，并采用独特的探测技术，对回路场上的空间分布和随时间变化的信息进行测量和监控，因而可以实现长距离、大范围、高密度的监测，系统具有无可比拟的性价比。分布式光纤传感器的工作机理很多，喇曼散射、布里渊散射、光克尔效应等，这些机理都有各自的优缺点，目前只有喇曼散射型分布式光纤温度传感器得到应用。分布光纤温度传感器的传感光纤不带电，抗射频和电磁干扰、防燃、抗腐蚀、耐高压电、耐电磁辐射等。由于分布光纤温度传感器具有这些独特的优点，目前得到了越来越广泛的应用。如：电力电缆的温度检测和热保护；煤矿和隧道的温度检测和报警系统；大型变压器、发电机组的温度分布测量、热保护诊断等。 2 装置和原理分布式光纤温度传感器的结构如图1所示，可以分为主机、信号采集和信号处理以及传感光纤三个部分，主机部分由光源、光纤波分复用系统以及光电接收和放大模块组成。（1）光源由DDS直接合成数字芯片AD9859产生调制信号。（2）光纤波分复用系统：由双向耦合器和滤波器组成。。

/42-2/2760.htm。

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