文档介绍：波长调制型光纤温度传感器
《光纤传感测试技术》
课程作业报告
提交时间：2011年10月27日
1研究背景 （执笔人：）
被测场或参量与敏感光纤相互作用，引起光纤中传输光的波长改变，进而通过测量光波 长的变化来确定北侧参量的传的光强也是不一 样的。通过从干涉光强中解出相位差的信息，就能得到反射光中心波长的信息。
图1基于非平衡M-Z干涉仪的解调方案
用于信号解调的干涉仪有M-Z干涉仪、Michelson干涉仪和Sagnac环干涉仪等。1992年以 -Z干涉仪的解调方案，其基本结构如图1 所示。
假设非平衡M-Z干涉仪两臂引入的路程差为L，那么干涉时的相位差可表示为：
. 2兀An AL
甲n）=—彳—
人
B
如果不引入其他噪声，且两束干涉光光强相等时，其干涉光强可表示为：
I（人）=A+Acos（ "An#遥）
B 人
B
可见输出光强是反射光中心波长的函数。另外从上式中可以看到，干涉光强中带有直流 信号，这样会影响到系统的分辨率。因此，如图1所示，通过差分放大，能够抑制干涉信号 的直流分量，从而提高系统的分辨率。
这种解调方案分辨率高，响应速度快，非常适合于动态测量。但是由于是通过相位差来 反映中心波长，其最大变化范围为2兀，超过以后将无法得到正确的中心波长值，因此限制 系统的测量范围。另外，由于干涉强度对于相位差相当敏感，因此干涉两臂所处环境的噪声 对系统影响较大，也是该系统缺陷之一。
（执笔人：）
FBG温度传感器增敏的原理是利用FBG对温度和应变同时敏感的特性，通过合理的结 构设计，把FBG和高热膨胀系数材料封装在一起，当被测温度变化时，通过高热膨胀系 数材料的形变向FBG施加一个应变量，使得FBG的返回波长变化量加大。基于此原则的方 法大体上分为两种：
（1） 直接将FBG粘贴在高热膨胀系数材料上，当温度升高时，高膨胀系数材料直接拉动 FBG，使FBG的应变加大，返回中心波长的变化量增加。然而，这种增敏方式有明显的 缺点：增敏效果受到材料的热膨胀系数制约、分辨率有限、而且伴有啁啾的负面效应。
（2） 通过采用双金属结构的方法实现温度增敏，效果明显。温度变化时，双金属结构把2 种热膨胀系数不同的金属的长度变化量的差转化成FBG长度的变化量，从而提高FBG的温度 灵敏度。可是，他们没有对该类型的FBG温度传感器的结构和精度作进一步研究，限制 了它的应用范围。
基于上面所提到的2个缺点，利用光纤光栅对温度和应变同时敏感的特性，设计制作 了一款双金属光纤光栅温度传感器，在地震前兆观测时能满足地温观测的精度要求。双金 属的温度增敏原理如图2所示。
高热膨胀系 数材料应
图2传感器结构示意图。
当温度变化时，材料A和材料B长度均变化，且A长度的变化量比B长度的变化量大 得多，A、B长度的变化量的差值直接传递给了FBG。当FBG的应变发生变化时，其返回 波长会随之发生变化。
FBG的应变量越大，返回波长变化量也就越大。因此，可以通过调整A和B的长度 和选用不同热膨胀系数的材料来控制FBG的应变量，从而实现高分辨率和高精度的温度测 量。实验证明：该传感器的精度达到% C，获得了现今光纤光栅温度传感器最高的