光纤传感实验报告

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1、光纤温度传感实验报告光纤传感实验报告1、基础理论1.1光纤光栅温度传感器原理1.1.1光纤光栅温度传感原理光纤光栅的反射或者透射峰的波长与光栅的折射率调制周期以及纤芯折射率有关，而外界温度的变化会影响光纤光栅的折射率调制周期和纤芯折射率，从而引起光纤光栅的反射或透射峰波长的变化，这是光纤光栅温度传感器的基本工作原理。光纤Bragg光栅传感是通过对在光纤内部写入的光栅反射或透射Bragg波长光谱的检测,实现被测结构的应变和温度的绝对测量。由耦合模理论可知,光纤光栅的Bragg中心波长为式中　Λ为光栅的周期;neff为纤芯的有效折射率。外界温度对Bragg波长的影响是由热膨胀效应和热光效应引

2、起的。由公式(1)可知,Bragg波长是随和而改变的。当光栅所处的外界环境发生变化时,可能导致光纤光栅本身的温度发生变化。由于光纤材料的热光效应,光栅的折射率会发生变化;由于热胀冷缩效应,光栅的周期也会发生变化,从而引起和的变化,最终导致Bragg光栅波长的漂移。只考虑温度对Bragg波长的影响,在忽略波导效应的条件下,光纤光栅的温度灵敏度为式中F为折射率温度系数;α为光纤的线性热膨胀系数;p11和p12为光弹常数。由式(2)可知光纤光栅受到应变作用或当周围温度改变时，会使neff和发生变化，从而引起Bragg波长的移动。通过测量Bragg波长的移动量，即可实现对外部温度或应变量的测量。

3、1.1.2光纤光栅温度传感器的封装为满足实际应用的要求,在设计光纤光栅温度传感器的封装方法时,要考虑以下因素:(1)封装后的传感器要具备良好的重复性和线性度;(2)必须给光纤光栅提供足够的保护,确保封装结构要有足够的强度;(3)封装结构必须具备良好的稳定性,以满足长期使用的要求。为了能够有效起到增敏作用一般采用合金、钢、铜、铝等热膨胀系数大的材料对光纤光栅进行封装。1.1.2.1蝶形片封装第6页光纤温度传感实验报告光纤传感实验报告1、基础理论1.1光纤光栅温度传感器原理1.1.1光纤光栅温度传感原理光纤光栅的反射或者透射峰的波长与光栅的折射率调制周期以及纤芯折射率有关，而外界温度的变化会

4、影响光纤光栅的折射率调制周期和纤芯折射率，从而引起光纤光栅的反射或透射峰波长的变化，这是光纤光栅温度传感器的基本工作原理。光纤Bragg光栅传感是通过对在光纤内部写入的光栅反射或透射Bragg波长光谱的检测,实现被测结构的应变和温度的绝对测量。由耦合模理论可知,光纤光栅的Bragg中心波长为式中　Λ为光栅的周期;neff为纤芯的有效折射率。外界温度对Bragg波长的影响是由热膨胀效应和热光效应引起的。由公式(1)可知,Bragg波长是随和而改变的。当光栅所处的外界环境发生变化时,可能导致光纤光栅本身的温度发生变化。由于光纤材料的热光效应,光栅的折射率会发生变化;由于热胀冷缩效应,光栅的周

5、期也会发生变化,从而引起和的变化,最终导致Bragg光栅波长的漂移。只考虑温度对Bragg波长的影响,在忽略波导效应的条件下,光纤光栅的温度灵敏度为式中F为折射率温度系数;α为光纤的线性热膨胀系数;p11和p12为光弹常数。由式(2)可知光纤光栅受到应变作用或当周围温度改变时，会使neff和发生变化，从而引起Bragg波长的移动。通过测量Bragg波长的移动量，即可实现对外部温度或应变量的测量。1.1.2光纤光栅温度传感器的封装为满足实际应用的要求,在设计光纤光栅温度传感器的封装方法时,要考虑以下因素:(1)封装后的传感器要具备良好的重复性和线性度;(2)必须给光纤光栅提供足够的保护,确

6、保封装结构要有足够的强度;(3)封装结构必须具备良好的稳定性,以满足长期使用的要求。为了能够有效起到增敏作用一般采用合金、钢、铜、铝等热膨胀系数大的材料对光纤光栅进行封装。1.1.2.1蝶形片封装第6页光纤温度传感实验报告1.1蝶形片封装光纤预拉后两头用环氧树脂固定在蝶形片上，中间光栅工作区悬在槽内，测量时将蝶形片固定在待测物体上。1.1.2.2套管封装套管分装一类是在套管内填充环氧树脂进行温度补偿式分装，另一类是套管封装。1.2钢管内腔充满环氧树脂封装1.3管式封装1.1.2.3其他封装方式考虑到待测物及增敏敏效果等其他因素，还有其他一些特殊封装方式。2、光纤光栅温度传感器的具体实验2

7、.1实验目的（1）掌握光纤光栅温度传感器的基础理论知识（2）验证光纤光栅温度传感器相关理论（3）对比光纤光栅温度传感器在不同封装情况下传感效果（4）学会各类仪器的造作和使用（5）学会相关数据处理方法2.2实验器材温控箱、波长解调仪、两只支光纤光栅传感器（一支经过增敏镀膜处理）、相关软件2.2实验过程第6页光纤温度传感实验报告2.1实验系统组成结构图（1）将各类器件按结构图连接好，将Bragg光栅温度传感器放入温控箱内，检查温控箱气密