光纤温度传感器的研究与应用

巴朗旭

（黑龙江大学物理科学与技术学院，哈尔滨 150000）

欧洲早在中世纪就制造出了温度计这一用来测量温度的仪器，而德国的科学家在这基础上研究出了温度传感器，经过这么多年科学家的研究，发明了各种不同类型的温度传感器，这些温度传感器在各行各业中发挥着自己的作用。温度传感器的技术经过这么多年的发展已经较为成熟，在传感器市场中也占有很大比例。温度传感器的用途非常广泛，但是在一些有电磁干扰的环境下，比如电力设备等传统的温度传感器就有一定的局限性，而在这种时候，光纤温度传感器以其优秀的性质得以应用在电力领域。

1 温度传感器概述

1.1 温度传感器的概念

温度传感器是指在接收到温度信号之后可以转换成电子信号进行显示的设备，在工业领域有着广泛的应用。我们在进行工业制造相关活动的过程中，温度是一项检测设备质量好坏的一项指标，而要想对温度检测我们就需要用到温度传感器。我国工业依然具备很大的发展潜力，工厂的数量也在不断增加，产品也在逐渐呈现多样化，这对于整个国家来说都是个好消息。而工业从根本上无法脱离电力的供给，所以需要使用的电力设备也在增加，而它们大多处于高负荷的运转状态下。因此，这些设备必然会发热，进而构成隐患，要想对电力设备进行保护来避免发生事故，就必须检测并控制其温度。而一般有电力设备的地方都会有着磁场，传统的温度传感器会因为磁场的干扰变的不准确，这就需要光纤温度传感器这种抗干扰能力较强的传感器来进行监测。

1.2 接触测温

我们测量设备温度大多使用两种方法。接触测温是比较常见且简单的方法，对操作者并没有过高的要求，只需要使用常规的工具就可以完成。接触测温顾名思义就是测量温度的仪器要与被测量物体接触，但这就要求这两者都有着优秀的传热性，当被测物体温度升高，能够灵敏的随着温度的变化迅速的显示出来。需要注意的是，使用这种方法，接触的同时必然会伴随着热量流失，进而使设备的温度发生变化。因此，这种办法的误差是比较大的，我们一般不会采用这种方法。

1.3 非接触测温

非接触测温与上述的方法虽然名称相似，但是整体存在较大的差异。这种方法使用到了热辐射以及其相关技术，避免了在测量时与被测物体产生的接触，而是通过能监测到热辐射的机器来进行温度检测，这种方法虽然不用考虑热量流失的问题，但使用仍然存在限制。该方法可以测量的温度范围较大，但如果测量距离过远或是在被测量的设备附近有着一定的粉尘的话，会产生误差。

2 几类常见的光纤温度传感器

2.1 分布式光纤温度传感器

分布式光纤传感器适用于测量空间环境的温度，可以精确的测出空间内各个测量点的温度。这种类型的光纤温度传感器早在上个世纪，当时由于一些技术上的问题并没有得到实现，但经过几十年的研究，现在分布式的传感器应用到了相当一部分的领域，相应的技术也在不断精进。目前分布式光纤温度传感系统主要是基于瑞利散射、拉曼散射以及布里渊散射的三种分布式温度传感器。在1997年，这种类型的传感器就已经开始被使用在矿产的开采中，并且取得了很好的效果。分布式的传感器可以放置在煤矿坑道的两侧来进行温度的测量，减少了矿难发生的概率。近年来分布式光纤温度传感器因为信息化技术的发展，已经实现了远程控制，并且测量的范围与精度也在逐渐提升。

2.2 光纤光栅温度传感器

光纤光栅温度传感器研究的重点主要为布拉格光纤传感技术。这种光纤光栅在温度不断变化的同时反射的波长也会产生相应的变化，我们就是通过这种波长的变化来进行温度的测量，因为这种波长的变化相对来说是很稳定的，这种测量方法还是很准确的。1978年加拿大某研究中心首先在掺锗石英光纤中发现了光敏效应，这种光敏效应对于温度的变化是很敏感的，在光纤中掺加锗元素进行制作，从而产生了第一只光纤光栅，在后续的研究工作中也尝试了很多种材料，希望能找出更加优秀的物质来替代。

2.3 光纤荧光温度传感器

光纤荧光温度传感器是目前的研究热点，这种传感器在接受不同的温度刺激之后会发出不同的光。这是一种新型的传感器，因为物体可以通过外接光源的照射而获得能量，从而导致自身发光，正是由于这种现象我们才能制作出这种传感器。这是一种光发射现象，当材料受到温度的刺激，材料会根据受到的温度的不同而发光，这种材料的发光参数能够与温度一一对应，我们就可以根据这种不同的发光参数来进行温度的监测。荧光强度型光纤传感器会受到光纤弯曲、散射等影响，测量经常会产生较大的误差。因此，当前主要使用荧光寿命型温度传感器，这样可以有效减低误差，提高精度，过程也不容易受到各种因素的干扰。我国清华大学根据半导体材料随着温度的不同对光的吸收也不同的原理研制出了测温范围0～150℃；分辨率0.5℃的光纤温度传感器。中北大学用其他材料使该系统的测温范围得到巨大的提升，该系统的测温范围为1200～2000℃，分辨率为1℃，这是一项对整个领域都有很大意义的技术成果。

3 结束语

总之，光纤温度传感器由于其优秀的性质，比传统传感器有着更加准确的测试结果，可以应用在多种领域。因为其抗磁场干扰能力强，在工作中不容易受到各类干扰，在电力企业中大量的应用这种光纤传感器来进行设备的监测。而随着研究的不断深入，我们希望能找出更多有着优秀性质的材料添加进光纤中来制作性能更加优越的传感器，为人们的生产生活带来更大的便利。