光纤热双金属片Fabry-Perot腔温度传感器研究

光纤热双金属片Fabry-Perot腔温度传感器研究目录•研究背景•国内外研究现状•实验过程•结果讨论•实验结论•前景展望研究背景随着技术的不断成熟和开发成本的进一步降低，光纤传感的应用特别是在一些特殊场合的应用近年来有了重要的拓展。开展的光纤温度传感研究就是为了提供一种简单可行并能用于易燃易爆危险环境，安全可靠的温度检测装置。热双金属是一种复合金属,一般用两层或多层具有不同膨胀系数的金属或合金沿整个接触面牢固复合在一起组成条片或薄板形状。具有随温度变化发生形状变化的特。并且由于它结构简单、价格低廉、制作方便和动作可靠、是目前广泛应用的自动控制元件之一。研究背景光纤F-P温度传感器的特点是采用单根光纤利用多光束干涉来检测温度，具有结构简单、体积小、灵敏度高、防燃、防爆、抗干扰能力强、容易做成分布式结构等优点，并可以通过硅机械工艺(MEMS)加工，容易实现体积微型化。本文提出的光纤热双金属片Fabry-Perot腔温度传感器是用F-P腔干涉机理,利用常见的法兰盘光纤连接器,以热双金属片抛光表面和插入连接器的尾纤端面，当温度变化时,热双金属片随着温度的变化产生形变,致使传感器输出光强发生变化,从而可以实现温度测量。国内外研究现状•美国人R.A.Woithois等人利用了硅的折射率随温度变化的原理设计了宽带光源的温度传感器。其分辨率达到2℃，测量精度为5%，测量范围为10℃到650℃。•1997年贝尔实验室的Denis.S.Greywell等人利用气体热胀冷缩的原理设计的气压式光纤F-P温度传感器其分辨率为1℃，测量精度为3%，测量范围为20℃到60℃。•燕山大学毕卫红教授所设计的毛细管式F-P光纤温度传感器是将两根端面镀膜的多膜光纤插入毛细管中，形成F-P干涉腔。由于毛细管的有效长度和温度载荷有一定关系，当温度发生变化时，毛细管的有效长度发生变化,，进而使F-P腔长发生变化，从而改变输出光的强度，目前可对温度进行绝对测量,其测量范围-140~100℃,分辨率达到0.1℃，测量精度为1%,重复性好。光纤热双金属片腔温度传感器的结构及工作原理1、基本结构光纤热双金属片腔温度传感器的结构及工作原理2、工作原理热双金属片作为传感头的敏感单元，当温度载荷作用于热双金属片时，由于热双金属的上下两层由不同膨胀系数的材料做成，根据热双金属片的特性和热力学原理，金属片会产生热挠度，从而使得该F-P腔的腔长L发生变化。输出光的强度也是一个周期变化的函数，并随着腔长L的变化而呈周期性变化，腔长L的变化又和温度载荷有一定的关系，因此，测量反射输出光强度，根据一定的关系就可以求出被测温度的大小。实验过程实验使用的是1550nm工作波长的光源。使用电热恒温干燥箱作为温度源。干燥箱上方一温度计插孔处置一高精度数码式数字温度计，用来给所设计的传感头提供温度标准。测量时，将传感头置于可调节温度的干燥箱中，干燥箱通电加热可调节温度，待温度和输出稳定后读数，读出相应状态的温度和对应的光功率计的数值。结果讨论结果讨论结果讨论结果讨论结果讨论实验结论1、光纤热双金属片Fabry-Perot腔温度传感器对温度的灵敏度较高，能进行快速准确的测量。2、通过热双金属片的应变机制进行了较系统深入的研究，给出四点约束和环状约束具体有限元分析，得知纤热双金属片Fabry-Perot腔温度传感器能得到较为精确的温度测量数据。3、光纤热双金属片Fabry-Perot腔温度传感器具有结构简单、测量精确的特点。Thankyou！