新型光纤温度传感器研究

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1、第23卷第2期压电与声光Vol.23No.22001年4月PIEZOELECTRICS&ACOUSTOOPTICSApr.2001文章编号1004-2474(2001)02-0100-03新型光纤温度传感器研究裴丽，江中澳，黄燕平，简水生(北方交通大学光波所.北京100044)摘耍:介绍水银包层光波导作为侧温探头的新型光纤温度传感器的探头结构及侧温原理。与8098单片机相结合，实现信号探侧及数据处理.这种新型光纤温度传感器结构简单，理论分析的相对侧量精度可达0.02叼。实验表明.在20--100℃的M度范围内，Nit精度为。.1℃.对诸如油库等易嫌、易爆危险环境的a度检侧具有重要的意义.关健

2、词:水银包层光波导;新型光纤祖度传感器;信号检侧中圈分类号TN929.1文献标识码AAnInvestigationonaNewKindofOpticalFiberTemperatureSensorPEILI,JIANGZhong-ao,HUANGYan-ping,JIANShui-sheng(Light-waveTechnologyInstitute.NorthemIiaotongUniversity.Beijing100044.Chi-)Abstract;ThisarticledescribestheprobeconstructionandtheprincipleofNOTS.themer

3、curycladdingopticalwaveguidetobemadeasitstemperatureprobe.With8098microprocessor,weimplementthesignaldetectionanddataprocess.NOTShassimpleconstruction,itsrelativeprecisioncanattain0.02%.anditsabsoluteprecisionis0.10Catthetemperaturerange20^-1000C.Itisveryimportantforthetemperaturemeasurementofthefl

4、ammabilityandexplosiveplacesuchasoilwarehouseandsoon.Keywords:mercurycladdingopticalwaveguide;NOTS;signaldetection介质为玻璃的金属同轴波导，故其损耗特性可以用1引言经典电磁场理论来分析。首先假定波导璧面是完纯传感器技术是现代泌量技术和自动化技术的重的，得到壁面切向磁场和壁面表面电流的大小，然后要基础之一，光纤传感器是光电子技术的新结晶，它由表面电流和壁面电阻计算损耗功率，可由下式单位长度损耗功率具有抗化学腐蚀，精确度高等常规传感器无法比拟(1)2，传输功率的优点。计算衰减常数A,

5、最后按下式得出衰减系数19>即本文介绍的新型光纤传感器利用水银包层光波10,只10,P,(2)P一Z'xPa一Z'glye-',导作为测温探头，包层长度灵活可变。它直接把被测式中P。为接收功率;P为入射光功率;z为水银参量的变化转换成光功率的变化，避免了象其他光包层光波导中的传输长度。具体计算如下:纤传感器采用的声光、磁光、热光等物理效应的中间“)设E=E,.ei‘一妇，由麦克斯韦方程出发，计变化而产生的渊量误差。由于光纤本身衰耗很低，因算在完纯波导壁情况下，同轴波导中TM波和TE此可用来实现远距离温度检侧。它具有分辨率高、电波的各场分且分布。绝缘、抗电滋干扰、抗化学腐蚀、精度高等优点，能用

6、(2)由式J,=.n'H计算r=a时壁面表面电流在有毒有害、强电磁干扰等恶劣环境中，尤其适用于的大小;油库等易燃、易爆危险环境的温度检侧。在科研、工(3)由金属包层介质波导的特性可知:业特别是国防等领域中有在着巨大的应用潜力[u]Ne2(3)。=石(BI不jw)2新型光纤温度传感器的测温原理式中B'为单位质量的阻尼常数，其典型量级为2.1水银包层光波导的衰减特性12110"s-';二为电子质量;‘为电子电荷量;N为单位水银包层光波导实际上是一个半径为a、传输体积内的电子电荷数。利用式(3)，由传箱常数P=收摘日期2000-06-27‘全砚目国家自抬科学茜盘资助项目;国家“八六三.项目及北方交

7、通大学‘论文)一登若金PD-084资助舰目作奋臼介费留(19V->.女山西人，价师.主要从.劣班先奸月信网以及光奸通佑关.拉术等方面的研究工作.压电与声光2001年量可得出包层长度，进一步通过数据处理便可得出光源发出的光经调制，可有效消除测量起始点待测温度。和外界杂散光的干扰.侧量的重复性高。图5给出了数据处理后调制检测的一组实验结果。由图可见所3实验和结果测温度值与实际温度值符合得很好。I00利用图2所示的