光纤光栅温度仪的研制.pdf

第 19 卷 　第 3 期 山 东 科 学 Vol. 19 　No. 3 2006 年 6 月 SHANDONG SCIENCE Jun. 2006 ( ) 文章编号 2006 光纤光栅温度仪的研制 1 1 2 1 赵洪贤 ,刘统玉 ,韩晓华 ,霍佃恒 , 1 1 1 1 韩秀甫 ,董　欣 ,孟令华 ,黄絮萍 ( 1. 山东省科学院激光研究所 ,山东 济宁 272017 ;2. 山东微感光电子有限公司 ,山东 济宁 272017) 摘要 :介绍了一种新型光纤温度仪。该仪器采用 1309nm 光纤光栅作为温度传感器探头。对于光纤光栅的波 长检测采用一种基于光纤边沿滤波器进行比例检测。该检测方法具有成本低 ,响应速度快等优点。信号处理 和显示通过一个 AT89S52 单片机实现。该仪器适于在电力、油田、医学等强电场和易燃易爆环境进行远程温 度在线检测。 关键词 :光纤传感器 ;布拉格光栅 ;温度仪 中图分类号:TP212. 11 　　　　　文献标识码 :B 1 　引言 光纤光栅是光纤通信系统中的一个重要光学器件 ,在半导体激光器的稳频 ,密集波分复用系统中分波、 合波 ,光纤放大器中的增益平坦等很多方面有广泛应用。近年来 ,光纤光栅在传感器领域方面已经逐步成为 [1 ] [2 ] [3 ] [4 ] 一个主流器件用来实现对温度 、应力 、压力 、电流 等参数的检测。光纤光栅的主要优点是作为一种 本征器件 ,体积小、易于批量生产、成本低 ,测量结果不受信号强度变化的影响 ,稳定可靠。 光纤光栅的解调方法有很多 ,其中最灵敏的方法是采用长光程差光纤干涉仪[5 ] ,利用以光纤珐 - 玻干涉 [6 ] 仪 为基础的可调滤波器 ,通过其传输函数的峰值波长来确定光纤光栅的波长。随着光纤通信技术的发展 , [7 ] 近年来光纤可调激光器 也逐步成为光纤光栅传感器解调的主要手段。其优点是可以同时解调多个传感 器 ,但是其扫描速率低和系统成本高的缺点限制了光纤光栅传感技术的应用范围。针对上述问题 ,加拿大多 伦多大学的 MEASURES 等人提出了利用边沿滤波器的信号处理办法[8 ] ,该方法不使用任何机械扫描装置 , 因此大大地提高了波长检测的速度。为了降低系统的成本 , 同时实现差动检测 , 降低噪声干扰 ,有人又提出 了通过光纤耦合器作为边沿滤波器进行波长解调的方案[9 ,10 ] 。本文在上述研究的基础上 ,研究开发了实用 化的低成本光纤温度仪。该仪器采用了 AT89S8252 单片机进行数据处理 ,对温度进行实时处理、显示、或通 过 RS232 通讯接口传给上位机。 2 　工作原理 光纤光栅是由单模光纤制成的本征型传感器件 。单模光纤沿轴向经过周期性的紫外线干涉条纹照射 后 ,其纤芯的折射率发生变化 ,形成光纤布拉格光栅。其特征是当宽带光波在光栅中传播时 , 以布拉格波长 ( ) 为中心的波段将被反射回入射端 ,其余的波段正常传输。反射光谱的中心波长由式 1 决定 : 收稿日期 第 3 期