光纤Fabry一Perot干涉式温度的测量

　　1引言

　　为了适于不同场合的温度测量，人们研制了各种温度传感器。常用的水银温度传感器适用于常温测量;热敏电阻、热电偶等基于电信号测量的温度传感器，不适合在易燃易爆及强电磁干扰的环境中使用。光纤温度传感器[1]可在各种条件下和环境中使用，它具有体积小、易弯曲、抗电磁干扰等优点，具有很大的研究、开发和应用价值。本文介绍了一种新型光纤温度传感器，它基于Fabry-Perot白光干涉原理[2]，可对温度进行绝对测量且具有很高的精度和重复性。

　　2设计原理

　　光纤温度传感器是依据把被测的温度转换为光纤Fabry-Perot干涉腔长度L的变化原理进行设计的。根据应力一应变与温度的关系，对于直角笛卡尔坐标(x,y,z)由被测物体的温度变化引起的应变分量为[3]:

　　若只考虑轴向应变[4]εxx=△L /L，则ΔL/L=kT.设计的光纤温度传感器结构如图1所示。将两根端面镀膜的多模光纤插入到空心光纤中形成F-P干涉腔。其中入射光纤用胶固定，调节反射光纤直到有一个合适的腔长值后，用胶固定。从人射光纤进入的光被M1反射形成第一束反射光，被M2反射形成第二束反射光，两束反射光形成干涉光。随着腔长的变化，干涉　　光将按腔长进行波长调制，形成调制光。

　　3实验电路设计与实验结果

　　实验系统如图2所示，来自宽带LED的光被射入藕合器的一个分路，并被导向F-P传感器。由传感器进行波长调制的光信号被反射回来，并聚焦在一条直线上，经过特制的解调器。只有腔长满足干涉条件的信号才能经过解调器，被线阵CCD采集。由于设计的光纤温度传感器利用载体的热膨胀工作，可用于高度精确的、稳定的和可重复的测量。目前的分辨率可达0.1℃

　　实验中，把制作好的光纤传感器封装在直径为3mm的铜管里，铜的热膨胀系数k=14.8 X 10-6/°C .

　　理论上:

　　光纤温度传感器的温度特性实验数据用Excel生成温度和△L的关系曲线，如图3所示，L为1. 0cm，由图3知ΔL/ΔT=151. 11nm/°C，所以:

　　式(3)和式(4)中ΔL/LΔT的值不完全一样，这是由于实验数据读数误差和胶对光纤传感器的影响造成的，这种误差可由信号处理中的算法进行补偿。综上所述，实验结果与理论分析相吻合。

　　4结束语

　　由实验结果知基于Fabry-Perot白光干涉原理设计的光纤温度传感器温度测量范围达一40℃一100 °C ;分辨率达到0. 1 °C。可用于各种常规测量及高精度测量。目前，该传感器已制成样品，不久的将来即可实现实用化和产品化。