基于光纖光柵的溫度傳感器的設計

摘 要：系統闡述了光纖光柵的測溫原理，包括溫度和應力對光纖光柵反射譜的影響，研究了光纖光柵溫度傳感模型，對光纖光柵溫度傳感原理和模型進行分析。根據仿真設計出實驗模型，對光纖光柵進行應力補償封裝，從而消除應力的影響。把封裝好的傳感器放在水浴箱中，改變水浴溫度，測試光功率在不同溫度下的變化情況。把光功率計換成光譜儀，測試在不同溫度情況下反射光譜發生的變化，得出溫度-波長曲線，從而設計出光纖光柵溫度傳感器模型。

關鍵詞：光纖光柵傳感器；溫度傳感器；光譜仿真；光纖傳感

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）11-0001-04

Design of Temperature Sensor Based on Optical Fiber Bragg Grating

LIU Xue，QIN Cui，WANG Shuqiang，HE Yuan，LIU Xinpeng

（Department of Communication Engineerings，Nanjing Institute of Technology，Nanjing 211167，China）

Abstract：The temperature measurement principle of fiber grating is systematically described，including the effect of temperature stress on the reflection spectrum of fiber grating. The fiber grating sensing model is studied and the temperature sensing model of fiber grating is analyzed. An experimental model was designed based on the simulation to stress-compensate the fiber grating to eliminate the influence of stress. Place the packaged sensor in a water bath，change the temperature of the bath，and measure the change in optical power at different temperatures. The optical power meter was replaced with a spectrometer to measure the changes in the reflected spectrum at different temperatures，and the temperature-wavelength curve was obtained. Thus，a fiber grating temperature sensor model was designed.

Keywords：fiber bragg grating sensor；temperature sensor；spectral simulation；optical fiber sensing

0 引 言

隨著技術的發展，現在光纖光柵價格低廉，且不易受電磁干擾，從而在通信以及傳感領域得以被大量使用。在傳感領域，由于光纖光柵具有體積小、耐腐蝕、抗干擾、靈敏度高、精度高、可復用等優點，被廣泛用于航空航天、醫學、建筑學等領域[1-3]。

隨著現在計算光纖光柵參數各項理論依據的逐步完善和光柵制作刻寫方法的逐漸成熟，光纖光柵已經從早期只有均勻周期的光纖布拉格光柵和長周期光纖光柵可以使用、研究，發展到現在各種非均勻周期、具有特殊光譜特性的光柵相繼出現，從而可以滿足不同領域的不同需求。隨著科技的發展，將來會有更多的特殊光纖光柵被研制出來。

1978年，加拿大的Hill發現摻鍺光纖中光致折射率變化的現象，使芯內光柵得以問世[4]。1989年聯合技術研究中心的Morey首次報道將光纖光柵用于傳感，由此開始光纖光柵從單純光通信器件拓展到了光纖傳感器件的制作中，從光纖光柵傳感器中獲取各種參數。……