光纖傳感實(shí)驗(yàn)報(bào)告

　１、基礎(chǔ)理論 1 1 、1 1 光纖光柵溫度傳感器原理

　1、１、1 光纖光柵溫度傳感原理 光纖光柵得反射或者透射峰得波長(zhǎng)與光柵得折射率調(diào)制周期以及纖芯折射率有關(guān),而外界溫度得變化會(huì)影響光纖光柵得折射率調(diào)制周期與纖芯折射率，從而引起光纖光柵得反射或透射峰波長(zhǎng)得變化,這就是光纖光柵溫度傳感器得基本工作原理. 光纖 Bragg 光柵傳感就是通過(guò)對(duì)在光纖內(nèi)部寫(xiě)入得光柵反射或透射 Brａｇg 波長(zhǎng)光譜得檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)被測(cè)結(jié)構(gòu)得應(yīng)變與溫度得絕對(duì)測(cè)量。由耦合模理論可知，光纖光柵得 Bragｇ中心波長(zhǎng)為

　式中 Λ為光柵得周期;nｅff 為纖芯得有效折射率。外界溫度對(duì) Bｒａgg 波長(zhǎng)得影響就是由熱膨脹效應(yīng)與熱光效應(yīng)引起得。由公式(1）可知,Bｒagg 波長(zhǎng)就是隨與而改變得。當(dāng)光柵所處得外界環(huán)境發(fā)生變化時(shí),可能導(dǎo)致光纖光柵本身得溫度發(fā)生變化。由于光纖材料得熱光效應(yīng)，光柵得折射率會(huì)發(fā)生變化;由于熱脹冷縮效應(yīng)，光柵得周期也會(huì)發(fā)生變化，從而引起與得變化，最終導(dǎo)致 Brａｇg 光柵波長(zhǎng)得漂移。

　 只考慮溫度對(duì) Bragｇ波長(zhǎng)得影響，在忽略波導(dǎo)效應(yīng)得條件下,光纖光柵得溫度靈敏度為

　 式中Ｆ為折射率溫度系數(shù);α 為光纖得線性熱膨脹系數(shù)；p１1 與 p12 為光彈常數(shù)。

　由式（2)可知光纖光柵受到應(yīng)變作用或當(dāng)周?chē)鷾囟雀淖儠r(shí)，會(huì)使 n eｆf 與發(fā)生變化,從而引起Ｂｒａgg 波長(zhǎng)得移動(dòng)。通過(guò)測(cè)量Ｂrａｇg 波長(zhǎng)得移動(dòng)量,即可實(shí)現(xiàn)對(duì)外部溫度或應(yīng)變量得測(cè)量。

　1、1、2 光纖光柵溫度傳感器得封裝 為滿足實(shí)際應(yīng)用得要求,在設(shè)計(jì)光纖光柵溫度傳感器得封裝方法時(shí)，要考慮以下因素:(1)封裝后得傳感器要具備良好得重復(fù)性與線性度;(2）必須給光纖光柵提供足夠得保護(hù),確保封裝結(jié)構(gòu)要有足夠得強(qiáng)度;(3）封裝結(jié)構(gòu)必須具備良好得穩(wěn)定性,以滿足長(zhǎng)期使用得要求。為了能夠有效起到增敏作用一般采用合金、鋼、銅、鋁等熱膨脹系數(shù)大得材料對(duì)光纖光柵進(jìn)行封裝。

　１、１、2、1 蝶形片封裝

　1、1 蝶形片封裝 光纖預(yù)拉后兩頭用環(huán)氧樹(shù)脂固定在蝶形片上，中間光柵工作區(qū)懸在槽內(nèi),測(cè)量時(shí)將蝶形片固定在待測(cè)物體上。

　1、1、2、2 套管封裝 套管分裝一類(lèi)就是在套管內(nèi)填充環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行溫度補(bǔ)償式分裝,另一類(lèi)就是套管封裝。

　 1、２鋼管內(nèi)腔充滿環(huán)氧樹(shù)脂封裝

　1、3 管式封裝 1、1、2、３其她封裝方式 考慮到待測(cè)物及增敏敏效果等其她因素，還有其她一些特殊封裝方式。

　2、光纖光柵溫度傳感器得具體實(shí)驗(yàn) 2 2 、1 1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

　(1)掌握光纖光柵溫度傳感器得基礎(chǔ)理論知識(shí) （２)驗(yàn)證光纖光柵溫度傳感器相關(guān)理論 （３)對(duì)比光纖光柵溫度傳感器在不同封裝情況下傳感效果 （4)學(xué)會(huì)各類(lèi)儀器得造作與使用 （5)學(xué)會(huì)相關(guān)數(shù)據(jù)處理方法 2 2 、2 2 實(shí)驗(yàn)器材

　溫控箱、波長(zhǎng)解調(diào)儀、兩只支光纖光柵傳感器(一支經(jīng)過(guò)增敏鍍膜處理)、相關(guān)軟件 2 2 、2 2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

　2、1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖 (1）將各類(lèi)器件按結(jié)構(gòu)圖連接好，將 Bｒaｇg 光柵溫度傳感器放入溫控箱內(nèi),檢查溫控箱氣密性。

　(2)打開(kāi)數(shù)據(jù)采集軟件、解調(diào)儀,檢查傳感器聯(lián)通情況。

　(３)打開(kāi)溫控箱電源進(jìn)行升溫實(shí)驗(yàn),溫度從 30°到 80°每次１0°遞增。

　（4）溫控箱溫度恒定時(shí)記錄數(shù)據(jù)采集軟件相關(guān)數(shù)據(jù)。(記錄時(shí)間間隔 1－1000ms) （5)達(dá)到８0 攝氏度后，進(jìn)行降溫實(shí)驗(yàn),溫度從 80°到 3０°每次 1０°遞減． (6)溫控箱溫度恒定時(shí)記錄數(shù)據(jù)采集軟件相關(guān)數(shù)據(jù)。

　(7）數(shù)據(jù)處理與分析 ２、３采集數(shù)據(jù)

　（一)升溫

　 30 ℃

　4０ ℃

　50 ℃

　60 ℃

　７0 ℃

　80 ℃

　溫度:℃

　波長(zhǎng):nm

　１ 1３19、7852 1３19、８801 1319、９75 132０、0745 １32０、19 13２0、３４11 1 0 0、0949 0、1898 0、2８93 0、４０48 0、５５59 ２ １３2０、5314 1３20、６３９８ 1320、７45 13２０、8５7 1３20、975 １３21、１0１9 2 0 0、1084 0、21３６ 0、325６ 0、4436 ０、57０５ （二）降溫

　 ８0 ℃

　70 ℃

　6０ ℃

　５0 ℃

　40 ℃

　3０ ℃

　1 1３20、3411 1３20、１9 1320、074５ １３1９、９７5 13１9、880１ １３19、７８52 1 0、5559 0、4048 0、2893 ０、１89８ 0、０９49 ０ 2 1321、１019 １320、９7５ 132０、85７ 1320、74５ 13２0、63９８ 13２０、531４ 2 0、570５ 0、4436 0、325６ 0、2１36 ０、1084 0 溫度:℃

　波長(zhǎng):nm 2 2 、 2 兩種封裝光纖光柵升溫波長(zhǎng)輸出對(duì)比

　?２、4 4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 分析

　傳感器得靜態(tài)特性就是表示傳感器在被測(cè)輸入量得各個(gè)值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)得輸入一輸出關(guān)系.衡量傳感器靜態(tài)特性得主要技術(shù)指標(biāo)就是:線性度、靈敏度、遲滯與重復(fù)性。

　2、4、１線性度 線性度又稱(chēng)非線性,就是表征傳感器輸出一輸入校準(zhǔn)曲線與所選定得擬合直線之間吻合程度得指標(biāo)。通常用相對(duì)誤差來(lái)表示線性度,即

　式中,△ｍａx 為輸出平均值與擬合直線間得最大偏差; 為理論滿量程輸出.本次實(shí)驗(yàn)采用最小二乘法直線法。

　2 2 、４

　正常封裝傳感器升溫波長(zhǎng)

　2 2 、 4 正常封裝傳感器升溫波長(zhǎng)增量圖

　從圖中可以瞧出,正常封裝傳感器得靈敏度就是 S=0、０1０89，線性度=99、748%。

　2 2 、5 5 增敏封裝傳感器升溫波長(zhǎng)變化量圖

　從圖中可以瞧出，增敏封裝傳感器得靈敏度就是 S＝0、０1１26，線性度=９9、693%。

　2 2 、 6 正常封裝傳感器降溫波長(zhǎng)變化量圖

　從圖中可以瞧出,增敏封裝傳感器得靈敏度就是 S＝0、01０66,線性度=９８、９０6％。

　２、 7 增敏封裝傳感器降溫波長(zhǎng)變化量圖

　從圖中可以瞧出,增敏封裝傳感器得靈敏度就是 S=０、01134,線性度=99、85２% 測(cè)量數(shù)據(jù)處理匯總表

　 升溫普通 升溫增敏 靈敏度提高 降溫普通 降溫增敏 靈敏度提高 靈敏度 ０、０10８９ 0、01126 3、398％ 0、01066 0、０1１34 6、379% 線性度 ９9、7５% 99、69%

　 98、9１% 9９、８5%

　 從表中可以可以瞧出增敏后傳感器靈敏度有明顯提高。

　3、實(shí)驗(yàn)結(jié)論 1、光纖光柵溫度傳感器有較好得溫度靈敏度; 2、升溫時(shí)與降溫時(shí)靈敏度數(shù)據(jù)有差別； 3、通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不同封裝與加工工藝對(duì)光纖光柵溫度傳感器對(duì)溫度得靈敏度有很大影響，增敏封裝后得光纖傳感器靈敏度提高比較明顯。

　2 2 、 3 兩種封裝光纖光柵降溫波長(zhǎng)輸出對(duì)比

推薦訪問(wèn)： 傳感 光纖 實(shí)驗(yàn)