基于光纤的温度传感器

　　温度传感器是基于一个基本的物理量“温度”，自然界中的一切过程无不与 温度!密切相关。 从伽利略发明温度计开始， 人们开始利用温度进行测量。

　　温度传感器是最早开发、应用最广的一类传感器。 但真正把温度变成电信号的传感器是由德国物理学家赛贝发明的， 就是后来的热电偶传感器。 50 年以后，德国人西门子发明了铂电阻温度计。 在半导体技术的支持下， 本世纪相继开发了包含半导体热电偶传感器在内的多种温度传感器。 与之相应， 根据波与物质的相互作用规律， 相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。 而光纤自20 世纪70 年代问世以来， 随着激光技术的发展， 从理论和实践上都已证明光纤具有一系列的优越性， 光纤在传感技术领域中的应用也日益受到广泛重视， 随着科学技术的发展， 涌现了许许多多的光纤温度传感器， 并且可以预料， 在新技术革命的浪潮中， 光纤温度传感器必将得到广泛的应用， 并发挥出更多的作用。

　　1 光纤温度传感器的原理

　　光纤温度传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器， 待测参数温度与进入调制区的光相互作用后， 导致光的光学性质( 如光的强度、波长、频率、相位等) 发生变化， 称为被调制的信号光。 再经过光纤送入光探测器， 经解调后， 获得被测参数。

　　光纤温度传感器种类很多 ， 但概括起来按其工作原理可分为功能型和传输型两种。 功能型光纤温度传感器是利用光纤的各种特性( 相位、偏振、强度等) 随温度变换的特点， 进行温度测定。 这类传感器尽管具有 传!、 感!合一的特点， 但也增加了增敏和去敏的困难。 传输型光纤温度传感器的光纤只是起到光信号传输的作用， 以避开测温区域复杂的环境。 对待测对象的调制功能是靠其他物理性质的敏感元件来实现的。 这类传感器由于存在光纤与传感头的光耦合问题， 增加了系统的复杂性， 且对机械振动之类的干扰比较敏感。

　　2 光纤温度传感器的研究现状

　　目前已研制成多种光纤温度传感器。 下面介绍几种主要的光纤温度传感器的研究现状， 其中有代表性的有光纤Fabry- perot 干涉型温度传感器、半导体吸收型光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器三种。

　　2.1 光纤Fabry- perot 干涉型温度传感器

　　此传感器的依据是利用温度改变Fabry- perot干涉仪的干涉条纹来测量外界温度。 在现有报道的光纤法珀温度传感器中， 主要采用2 种技术方案， 其一是采用外径大于125 nm 的玻璃毛细管封装， 由2个光纤的端面构成光纤法珀腔并采用胶封的方式固定于温度敏感材料中， 另外一种最近发展起来的技术是采用MEMS 工艺制作光纤法珀腔 。 但是这两种方案工艺都比较复杂， 一致性难以保证， 并且胶的老化和蠕变对于传感器的性能影响较大。 为了解决该问题，用一种新型金属封装的光纤法珀温度传感器， 其结构如图1 所示。