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光纤温度传感器

摘要：本文分析了光纤温度传感器在温度探测中的优势，分别介绍了分布式光纤

温度传感器、光纤光栅温度传感器、干涉型光纤温度传感器、光纤荧光温度传感

器的工作原理，最后综述了光纤温度感器在现代工业及生活的应用。

关键字：光纤传感温度应用

1引言

在科研和生产中，有很多温度测量问题，传统的温度传感器有热电偶，热电

阻温度传感器，热敏电阻温度传感器，半导体温度传感器等等。光纤温度传感器

是20世纪70年代发展起来的一种新型传感器。与传统的温度传感器相比，它具

有灵敏度高，体积小，质量轻，易弯曲，不产生电磁干扰，不受电磁干扰，抗腐

蚀性好等等优点，特别适用于易燃，易爆，空间狭窄和具有腐蚀性强的气体，液

体以及射线污染等苛刻环境下的温度检测。

2光纤温度传感器分类

光纤温度传感器按照调制机理可分为相位调制，振幅调制，偏振态调制；按

工作原理分，光纤温度传感器可分为功能性和传输型两种。功能型温度传感器中

光纤作为传感器的同时也是光信号的载体，而传输型温度传感器中光纤则只传输

光信号。传光型与传感型相比，虽然灵敏度稍差，但可靠性高，实用的传感器大

多是这种类型。

目前主要的光纤温度传感器包括分布式光纤温度传感器、光纤光栅温度传感

器、光纤荧光温度传感器、干涉型光纤温度传感器等。

2.1光纤光栅温度传感器

光纤光栅温度传感器是利用光纤材料的光敏性在光纤纤芯形成的空间相位

光栅来进行测温的。光纤光栅以波长为编码，具有传统传感器不可比拟的优势，

近年来光纤光栅成为发展最为迅速，最具代表性的光纤无源器件之一，已广泛用

于建筑、航天、石油化工、电力行业等。

光纤光栅温度传感器主要有Bragg光纤光栅温度传感器和长周期光纤光栅

传感器。Bragg光纤光栅是指单模掺锗光纤经紫外光照射成栅技术而形成的全新

光纤型Bragg光栅，成栅后的光纤纤芯折射率呈现周期性分布条纹并产生Bragg

光栅效应，其基本光学特性就是以共振波长为中心的窄带光学滤波器，满足如下

光学方程：

=2nA

式中：为Bragg波长，A为光栅周期，n为光纤模式的有效折射率。

长周期光纤光栅是一种特殊的光纤光栅，其传光原理是将前向传输的基模耦

合到前向传输的包层模中。由于其宽带滤波、极低的背景发射等特点引起人们的

重视，是一种新型的宽带带阻滤波器。

光纤温度监测系统主要由光纤光栅传感器、传输信号用的光纤和光纤光栅解

调器组成。光纤光栅解调器用于对光纤光栅传感器的信号检测和数据处理，以获

得测量结果，传输光纤用于传输光信号，光纤光栅传感器则主要用于反射随温度

变化中心波长的窄带光，如图1所示：

图1光纤温度监测系统的构成

光纤光栅传感器一般利用掺杂(如锗、磷等)光纤的光敏性，通过某种工艺方

法使外界入射光子和纤芯内的掺杂粒子相互作用导致纤芯折射率沿纤轴方向周

期或非周期性的永久性变化，在纤芯内形成空间相位光栅。光纤光栅解调器是分

布式温度监测系统的核心部分，主要是检测光纤光栅响应波长的移动。一般光源

部分设计用He—Ne激光器，近年来也有用LED发光管的．反射光波长范围在

l525～1625nm之间呈较量好的线性关系，温度每变化100，波长变化1nm。对

于较低温段(-100～+250)的检测，分辨率可达0.1。一根单模光纤上可以接20个

以上的温度传感器(传感器的个数和测温范围有关)，单根光纤的测量速度一般在

几十毫秒以内，光纤的传输距离可达10km以上。

与一般的光线温度传感器相比，光纤光栅传感器尺寸小，检测量是波长信息，

因此不受光源欺负，光纤弯曲损耗，连接损耗和探测器老化等因素的影响，对环

境干扰不敏感，且波长编码，能方便使用波分复用技术。

尽管光纤光栅温度传感器有很多优点，但在应用中还有许多待解决的问题，

如宽光谱、高功率光源的获得、光检测器波长分辨率的提高、光纤光栅的封装、

光纤光栅的可靠性、光纤光栅的寿命等。

2.2分布式光纤温度传感器

分布式光纤传感器最早是在1981年由英国南安普敦大学提出的。激光在光

纤传送中的反射光主要有瑞利散射(Rayleighscarer)、拉曼散射(Ramanscatter)、和

布里渊散射(Brillouinscarer)三部分，如图2所示。