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光纤光栅原理以及相关温度传感器的设计

和特点

作者：余刚

来源：《中国新通信》2017年第23期

【摘要】当前，光纤传感是技术领域发展最为迅速，光纤光栅传感器、温度传感器的诞生

主要使用的材料就是光纤。光纤光栅温度传感器其优点也是其他种类的传感器无法比拟的，光

纤光栅传感器不仅能够应用于民用的工程建筑，还能够设计到航天器，船舶航运、电力工程、

医学领域、。化学领域到等等。本文着重研究的是光纤光栅的设计原理，延伸到温度传感器的

设计和特点的阐述，希望能够对我国未来光纤光栅温度传感器的应用能够起到一定的参考价值。

【关键词】光纤光栅温度传感器应用设计原理特点

一、引言

光纤光栅的研究，首先是通过加拿大渥太华通信研究中心的学者通过石英光纤的光敏反应

制成的第一支光纤光栅而问世。随后通过美国的技术科研研究，让光纤光栅的制作取得了个革

命性的成果，同时也让光纤光栅的应用逐渐广泛。

二、光纤光栅原理

光纤光栅的应用，主要是通过光线中的光敏性，激光通过掺杂光纤，让光纤的折射率随着

光的强度，在空间分布中形成不同的变化。光纤光栅的种类非常多，主要分为两种，一种是

Bragg光栅，另一种则为透射光栅。

由于在纤芯内部形成的相空间为光栅，光栅的主要作用就是在纤芯内部形成一个较为狭窄

的反射镜，或者说形成滤波器。通过光纤光栅的广泛应用，这一特点能够制作出更多具有特色

的光纤其器材。这些光纤器材能够反射的范围更大，加上材料的消耗较少，能够有效的进行结

合。光纤光栅从结构上进行分类，可分为周期性结构和非周期性结构。从功能上进行分类，还

可分为滤波型光栅和色散补偿型光栅。

三、光纤光栅温度传感器的设计和特点

1、光纤光栅温度传感器的原理。光纤光栅温度传感器是基于光纤光栅技术研发的光纤器材。

在设计过程中，主要采用的是波长编码技术。能够有效的消除光源功率波动带来的影响，以及

系统的负面损耗。在长期的检测，能够发现光纤光栅组成的温度传感。是通过一根光缆，实分

布测量。光纤光栅温度传感器的温度影响，都是通过光纤光栅波长带来的变化产生的。人们经

常对光纤光栅温度传感器直接应用。光纤光栅温度传感器需要进行封装技术，保护和增加长安

其的敏感度。人们对于光纤光栅温度传感器这样封装，是为了能够更哈的保障其工作质量和使

用寿命。所以，适当的进行封装。普通光纤光栅温度传感器的灵敏度只有0.010nm/℃。但是对

于波长在1550nm长度左右的光纤光栅来说，测量100摄氏度的温度范围的变化，则需要1nm。

2、光纤光栅温度传感器的特点。光纤光栅温度传感器的特点主要有：测量范围广：能够在

一定的范围内，测量温度、压强、流量、盈利、电流电压、液态浓度、液体成分、流速、应变

等。体型较小：几何状的器材形象可塑、重量较轻。后期维护费用较少：由于光纤光栅温度传

感器题型较小，能够减少后期的维护费用支出。抗腐蚀性：由于光纤材料的制作是通过石英材

料，有较强的化学稳定性，所以让光纤温度传感器对于外界的适应能力很强。抗电磁辐射：一

般电磁辐射的频率都比光波要低得多，所以光纤光栅温度传感器的信号并不受电磁干扰。绝缘

性能强：光纤光栅温度传感器的材料是大部分使用光纤，本身就是电解质构成，不需要电源产

生就鞥能够驱动，所以比较适合较为危险、易燃易爆的地区。

四、光纤光栅温度传感器的应用

光纤光栅的非常容易让粘贴于结构表面或者嵌入物体结构内部，在管线光栅的制作过程中，

是通过对于实时监测机构，对于光纤光栅的工作荷载情况进行了解。并且对于整体结构下的温

度进行勘测。由此可以看出，光纤光栅温度传感器的工作性能非常灵敏。由于光纤光栅温度传

感器具有良好的电磁干扰性，所以，它们在电力工业中可以大量应用，当前，它们是电力工业，

实施对温度监测的理想设备。光纤光栅温度传感器能够产生复用能力。能够在长距离下进行测

量电线的荷载情况，以及对于整体温度传感器的分布范围进行实时检测。近年来，温度传感器

的应用以及逐渐进行创新，已经有了更为实用的传感系统，更加方便进行工作和实时监测。另

外，光纤光栅温度传感器的应用，还在能源化工企业有所涉猎。传统的传感器与传统光纤传感

器，都没有光纤光栅传感器能够长时间的进行汽油管道、油气泄漏区域范围的检测，而光纤光

栅传感器却能够深入高危环境，长时间进行分布检测工作。在线将数据进行传输。

结论：本文主要研究的是光纤光栅的原理，以及相应的温度传感器的设计和特点进行重点

探讨。当前，光纤光栅温度传感器的使用已经非常广泛，希望通过本文的探讨能够对未来光