光纖傳感實驗報告

　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 光柵傳感就是通過對在光纖內(nèi)部寫入得光柵反射或透射 Brａｇg 波長光譜得檢測，實現(xiàn)被測結(jié)構(gòu)得應(yīng)變與溫度得絕對測量。由耦合模理論可知，光纖光柵得 Bragｇ中心波長為

　式中 Λ為光柵得周期;nｅff 為纖芯得有效折射率。外界溫度對 Bｒａgg 波長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 波長就是隨與而改變得。當光柵所處得外界環(huán)境發(fā)生變化時,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)，光柵得折射率會發(fā)生變化;由于熱脹冷縮效應(yīng)，光柵得周期也會發(fā)生變化，從而引起與得變化，最終導(dǎo)致 Brａｇg 光柵波長得漂移。

　 只考慮溫度對 Bragｇ波長得影響，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)變作用或當周圍溫度改變時，會使 n eｆf 與發(fā)生變化,從而引起Ｂｒａgg 波長得移動。通過測量Ｂrａｇg 波長得移動量,即可實現(xiàn)對外部溫度或應(yīng)變量得測量。

　1、1、2 光纖光柵溫度傳感器得封裝 為滿足實際應(yīng)用得要求,在設(shè)計光纖光柵溫度傳感器得封裝方法時，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,確保封裝結(jié)構(gòu)要有足夠得強度;(3）封裝結(jié)構(gòu)必須具備良好得穩(wěn)定性,以滿足長期使用得要求。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)大得材料對光纖光柵進行封裝。

　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)氧樹脂固定在蝶形片上，中間光柵工作區(qū)懸在槽內(nèi),測量時將蝶形片固定在待測物體上。

　1、1、2、2 套管封裝 套管分裝一類就是在套管內(nèi)填充環(huán)氧樹脂進行溫度補償式分裝,另一類就是套管封裝。

　 1、２鋼管內(nèi)腔充滿環(huán)氧樹脂封裝

　1、3 管式封裝 1、1、2、３其她封裝方式 考慮到待測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驗 2 2 、1 1 實驗?zāi)康?/p>

　(1)掌握光纖光柵溫度傳感器得基礎(chǔ)理論知識 （２)驗證光纖光柵溫度傳感器相關(guān)理論 （３)對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)會各類儀器得造作與使用 （5)學(xué)會相關(guān)數(shù)據(jù)處理方法 2 2 、2 2 實驗器材

　溫控箱、波長解調(diào)儀、兩只支光纖光柵傳感器(一支經(jīng)過增敏鍍膜處理)、相關(guān)軟件 2 2 、2 2 實驗過程

　2、1 實驗系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖 (1）將各類器件按結(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)打開溫控箱電源進行升溫實驗,溫度從 30°到 80°每次１0°遞增。

　（4）溫控箱溫度恒定時記錄數(shù)據(jù)采集軟件相關(guān)數(shù)據(jù)。(記錄時間間隔 1－1000ms) （5)達到８0 攝氏度后，進行降溫實驗,溫度從 80°到 3０°每次 1０°遞減． (6)溫控箱溫度恒定時記錄數(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: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:nm 2 2 、 2 兩種封裝光纖光柵升溫波長輸出對比

　?２、4 4 實驗數(shù)據(jù) 分析

　傳感器得靜態(tài)特性就是表示傳感器在被測輸入量得各個值處于穩(wěn)定狀態(tài)時得輸入一輸出關(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 線性度又稱非線性,就是表征傳感器輸出一輸入校準曲線與所選定得擬合直線之間吻合程度得指標。通常用相對誤差來表示線性度,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.本次實驗采用最小二乘法直線法。

　2 2 、４

　正常封裝傳感器升溫波長

　2 2 、 4 正常封裝傳感器升溫波長增量圖

　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、實驗結(jié)論 1、光纖光柵溫度傳感器有較好得溫度靈敏度; 2、升溫時與降溫時靈敏度數(shù)據(jù)有差別； 3、通過實驗發(fā)現(xiàn)不同封裝與加工工藝對光纖光柵溫度傳感器對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輸出對比

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