新型耐高温光纤光栅温度传感器.pdf

2014年
仪本与传器
2014
第9期
Instrument Technique and
ensor
No 9
新型耐高温光纤光栅温度传感器
张智禹,于文革
(沈阳放空航天大学,辽宁沈阳110136)
摘要:设计并制各一种新型耐高温光纤光栅温度传感器,将光橱用绝热材料封装,通过杠杆結构与铝棒连接。当温度变化
时,铝棒受热发生形变对外产生作用力,并通过杠杆结构增大,作用在光栅端,从而使光栅产生应变达到高温测量的效果。该结
构据脱了传统方案不能测量高温的问题,避免由于封装材料及衰退效应致使传感器不能测量高温的问题。经实验测量此传感器
的温度灵敏度为0.005mvV℃,测量温度高达310℃依然保持良好的线性,具有巨大的高温测试測试潜能。
关词:光纤光栅;杠杆;高温测量
中阳分类号:TP212::文献标识码:B文意编号:1002-1841(2014)09-00-03
Novel Hiigh-temperature Resistance Fiber Bragg Grating Sensor
ZHANG Zhi-yu, YU Wen-ge
(Shenyang Aerospace University, Shenyang of Liaoning Province, 110136)
Ats at: The paper induced a novel high empea ue resis ance ber Bragg grating sensor, which packed by the adiabatic
material link to the aluminum bar through the lever. When the temperature was changing, the deformation of the aluminum bar
would engender power The power was amplifie by e lever on the side of the FBG, so the sensor can measure the high tempera
tune. The design conquered the limit of the traditional packing and the problem of high temperature measurement because of the
pack material and fading et The ex mnt ows at te emperature sensitivity of the sensor which is 0.005nm/C, is the
half time of the temperature sensitivity of the bare FBG, and it still maintains good linear at 310C. So the sensor has the capacity
of measuring higher temperature
words: fiber bragg grating; lever ; high tempe
rature measurement
引
光纤光栅的中心反射波长为"
光纤光作为一种新型的光纤无源器件,因其具有抗于扰
性强、耐腐蚀体积小、重量轻、寿命长、无连接损耗、可实现多式中:na为有效折射率;A为光栅周期。
点分布式测量等优良特性,在光传感领域具有广阔的应用前
可见Brag波长An随na和A的变化而变化,而na和A的
景。普通I型光纤光栅只适用于200℃以下的工作环境,改变与应变和温度有关。应变和温度分别通过弹光效应与热
当温度高于200℃时其反射率随温度的上升而下降,300℃时产光效应影响n,通过长度改变和热膨胀效应影响A,进而使A
生衰退效应。Ⅱ型光纤光橋、IA型光纤光栅们、化学组分发生移动
光纤光栅(CCG)]、掺杂特殊离子的光纤光栅?等耐高温光纤
光纤Brag光栅的反射峰值可以近似等于AB,可表示为应
光栅由于制作成本高昂,制作工艺复杂限制了其应用。型光变和温度的函数
纤光栅传感器通常只适用于常温测量,其高温测量主要受两方
AR=2n.MA=2n*(e, 1)4(8, 7)
面原因限制:(1)封装材料限制。光纤光栅温度传感器封装材
时式(2)全微分,整理得,
料主要是热膨胀系数大的聚合物,但是环氧树脂胶其使用温度△A_「⊥.an
AA
△T
工作温度为-50~+180℃(7?,硅橡胶在150℃下其物理性能基
本不变,在200℃下可长期使用?;(2)本身衰退性质限制9。
以上两方面限制了光纤光栅在高温环境下的使用,如何实现光根据应变、热膨胀系数和热光系数的定义可知折射率和应变
纤光高温测量已然是國内外研究的热点话题。
温度的关系为,
文中利用绝热材料对区进行封装,用热膨胀系数大的铝
=-na[(1-)P2-APn]o+5T(4
棒作为受热材料。把传感器放置于高温环境中时,铝棒受热膨
胀对外产生外力,该力通过杠杆结构,在光栅端放大,使光概发式中ル为泊松比;P:是光弹性张量的普克尔压电系数;P为有
生变化,以达到对高温的测量效果。
效弹光系数;为热光系数,它们是与光纤材料有关的常数;s
1光纤光原理的介绍
为轴向形变;ムT为温度变化量,℃。
周期和应变、温度的关系为,
收日期:2014-04-10
=8+△T