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1、光纤传感实验报告 光纤传感实验报告 、基础理论 1 1 、1 1 光纤光栅温度传感器原理 1、1 光纤光栅温度传感原理 光纤光栅得反射或者透射峰得波长与光栅得折射率调制周期以及纤芯折射率有关,而外界温度得变化会影响光纤光栅得折射率调制周期与纤芯折射率，从而引起光纤光栅得反射或透射峰波长得变化,这就是光纤光栅温度传感器得基本工作原理. 光纤 Bragg 光栅传感就是通过对在光纤内部写入得光栅反射或透射 Brg 波长光谱得检测，实现被测结构得应变与温度得绝对测量。由耦合模理论可知，光纤光栅得 Brag中心波长为 式中 为光栅得周期;nff 为纤芯得有效折射率。外界温度对 Bgg 波长得影响就是由热
2、膨胀效应与热光效应引起得。由公式(1）可知,Bagg 波长就是随与而改变得。当光栅所处得外界环境发生变化时,可能导致光纤光栅本身得温度发生变化。由于光纤材料得热光效应，光栅得折射率会发生变化;由于热胀冷缩效应，光栅得周期也会发生变化，从而引起与得变化，最终导致 Brg 光栅波长得漂移。 只考虑温度对 Brag波长得影响，在忽略波导效应得条件下,光纤光栅得温度灵敏度为 式中为折射率温度系数; 为光纤得线性热膨胀系数；p1 与 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 n ef 与发生变化,从而引起gg 波长得移动。通过测量rg 波长得移动量,即可实现对外部
3、温度或应变量得测量。 1、1、2 光纤光栅温度传感器得封装 为满足实际应用得要求,在设计光纤光栅温度传感器得封装方法时，要考虑以下因素:(1)封装后得传感器要具备良好得重复性与线性度;(2）必须给光纤光栅提供足够得保护,确保封装结构要有足够得强度;(3）封装结构必须具备良好得稳定性,以满足长期使用得要求。为了能够有效起到增敏作用一般采用合金、钢、铜、铝等热膨胀系数大得材料对光纤光栅进行封装。 、2、1 蝶形片封装 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 套管分装一类就是在套管内填充环氧树脂进
4、行温度补偿式分装,另一类就是套管封装。 1、钢管内腔充满环氧树脂封装 1、3 管式封装 1、1、2、其她封装方式 考虑到待测物及增敏敏效果等其她因素，还有其她一些特殊封装方式。 2、光纤光栅温度传感器得具体实验 2 2 、1 1 实验目得 (1)掌握光纤光栅温度传感器得基础理论知识 （)验证光纤光栅温度传感器相关理论 （)对比光纤光栅温度传感器在不同封装情况下传感效果 （4)学会各类仪器得造作与使用 （5)学会相关数据处理方法 2 2 、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 、2 2 实验过程 2、1 实验系统组成结构图 (1）将
5、各类器件按结构图连接好，将 Bag 光栅温度传感器放入温控箱内,检查温控箱气密性。 (2)打开数据采集软件、解调仪,检查传感器联通情况。 ()打开温控箱电源进行升温实验,温度从 30到 80每次0递增。 （4）温控箱温度恒定时记录数据采集软件相关数据。(记录时间间隔 11000ms) （5)达到0 摄氏度后，进行降温实验,温度从 80到 3每次 1递减 (6)温控箱温度恒定时记录数据采集软件相关数据。 (7）数据处理与分析 、采集数据 （一)升温 30 4 50 60 0 80 温度: 波长:nm 119、7852 119、801 1319、75 132、0745 32、19 130、11 1
6、 0 0、0949 0、1898 0、293 0、48 0、59 2、5314 120、 1320、45 13、87 120、975 21、09 2 0 0、1084 0、21 0、325 0、4436 、57 （二）降温 0 70 6 0 40 3 1 120、3411 120、9 1320、074 1、5 139、880 19、52 1 0、5559 0、4048 0、2893 、89 0、49 2 1321、019 320、7 132、85 1320、74 130、63 13、531 2 0、570 0、4436 0、325 0、236 、1084 0 温度: 波长:nm 2 2 、 2
7、 两种封装光纤光栅升温波长输出对比 、4 4 实验数据 分析 传感器得静态特性就是表示传感器在被测输入量得各个值处于稳定状态时得输入一输出关系.衡量传感器静态特性得主要技术指标就是:线性度、灵敏度、迟滞与重复性。 2、4、线性度 线性度又称非线性,就是表征传感器输出一输入校准曲线与所选定得拟合直线之间吻合程度得指标。通常用相对误差来表示线性度,即 式中,x 为输出平均值与拟合直线间得最大偏差; 为理论满量程输出.本次实验采用最小二乘法直线法。 2 2 、 正常封装传感器升温波长 2 2 、 4 正常封装传感器升温波长增量图 从图中可以瞧出,正常封装传感器得灵敏度就是 S=0、189，线性度=9
8、9、748%。 2 2 、5 5 增敏封装传感器升温波长变化量图 从图中可以瞧出，增敏封装传感器得灵敏度就是 S0、126，线性度=9、693%。 2 2 、 6 正常封装传感器降温波长变化量图 从图中可以瞧出,增敏封装传感器得灵敏度就是 S0、0166,线性度=、6。 、 7 增敏封装传感器降温波长变化量图 从图中可以瞧出,增敏封装传感器得灵敏度就是 S=、01134,线性度=99、85% 测量数据处理汇总表 升温普通 升温增敏 灵敏度提高 降温普通 降温增敏 灵敏度提高 灵敏度 、10 0、01126 3、398 0、01066 0、134 6、379% 线性度 9、7% 99、69% 98、9% 9、5% 从表中可以可以瞧出增敏后传感器灵敏度有明显提高。 3、实验结论 1、光纤光栅温度传感器有较好得温度灵敏度; 2、升温时与降温时灵敏度数据有差别； 3、通过实验发现不同封装与加工工艺对光纤光栅温度传感器对温度得灵敏度有很大影响，增敏封装后得光纤传感器灵敏度提高比较明显。 2 2 、 3 两种封装光纤光栅降温波长输出对比
