光纤温度传感器

    引言

    本实验研究的是一种非功能型光纤温度传感器，它是利用高度敏感的双金属片作为感温元件，金属片的变化改变了光纤的通光强度。此装置具有结构简单，设计巧妙，实用性强等优点，是一种理想的测温装置。

    2工作原理及探头制作

    非功能型光纤传感器是光纤只作为传输光的介质，而感应外界信息变化的是别的敏感材料或元件从而影响光信号的变化，也具有和功能型光纤传感器相同的基本特点。本实验是以He一Ne激光作光源，由He一Ne激光器发出632.snm的激光束经聚光透镜藕合进入光纤，进入光纤的光又经过远距离传输到达传感器的核心—探头。经探头周围环境影响的光信号再由光纤传送到探测器，由探测器显示光信号的变化。如图1所示。

    探头的制作如图2所示。由光纤传输来的光经凸透镜扩展成均匀的光束，再经另一个凸透镜会聚到接收光纤，传往探测器。金属盒中盛有甲基硅油，它是一种导热而不易挥发的特殊合成材料，热双金属片具有很高的灵敏度完全浸入甲基硅油中，其中一端固定在金属盒上，另一端连接挡光板。由温度的变化引起甲基硅油中双金属片的弯曲，双金属片的变化带动挡光板的移动，从而控制通光强度。温度越高，双金属片的弯曲越严重，引起的纵向位移越大，这时显示器的光强也越大。

    3测试结果及分析

    这个实验研究的是温度和光强的关系，测试结果参看表l，并如图3所示。

    从表l中可以看出，此光纤温度传感器具有很好的重复性，升、降温度连续变化4次，测量结果都基本保持不变。在18~42℃范围内，光强的绝对误差<士0.3X10^一3mw;相对地，温度误差<士IC，因此具有很高的稳定性。

    对实验结果的分析

    a.影响误差的原因

    ①激光振荡自身有个“跳模”变化过程;

    ②激光器的光强中含有100Hz的交流信号;

    ③激光器受周围环境条件的影响;④光路中的机械误差的影响。

    b.对实验结果的理论证明

    激光器输出的高斯光束分布为:

这个面积可以看成是两个函数面积的叠加，如图6(a)所示，图6(b)是图6(a)的叠加结果。而0是温度的函数，面积与光强相对应，再进一步考虑到光强自身的高斯分布图6(c)以及直边衍射效应，所以最终的结果应该是图6(d)，不难看出这个理论分析与实验结果符合得非常好，其中包含曲线尾端的不稳定性和首端的迟钝性。