光纤温度传感器的系统结构及工作原理

问题描述

精选答案

从室温到1800℃全程测温的光纤温度传感器的系统主要包括端部掺杂的光纤传感头、 Y型石英光纤传导束、 超高亮发光二极管（LED）及驱动电路、 光电探测器、荧光信号处理系统和辐射信号处理系统。系统的工作原理为: 在低温区（400℃以下）, 辐射信号较弱, 系统开启发光二极管(LED)使荧光测温系统工作。 发光二极管发射调制的激励光, 经聚光镜耦合到Y型光纤的分支端, 由Y型光纤并通过光纤耦合器耦合到光纤温度传感头。光纤传感头端部受激励光激发而发射荧光, 荧光信号由光纤导出, 并通过光纤耦合器从Y型光纤的另一分支端射出, 由光电探测器接收。光电探测器输出的光信号经放大后由荧光信号处理系统处理, 计算荧光寿命并由此得到所测温度值。 而在高温区（400℃以上）, 辐射信号足够强, 辐射测温系统工作, 发光二极管关闭。辐射信号通过蓝宝石光纤并通过Y型光纤输出, 由探测器转换成电信号, 系统通过检测辐射信号强度计算得到所测温度。光纤传感头端部由Cr3+离子掺杂, 实现光激励时的荧光发射。 掺杂部分光纤长度为8～10 mm。 端部光纤的外表面同时镀覆黑体腔, 用于辐射测温。 (这时,光纤黑体腔长度与直径之比大于10,可以满足黑体腔表观辐射率恒定的要求)。 值得注意的是, 避免或减少荧光发射部分与热辐射部分的相互干扰, 对保证整个系统的性能十分重要。经过分析, 可以发现这种干扰主要表现为：

1) 荧光信号中辐射背景信号对荧光寿命检测精度的影响,2) 光纤表面镀覆对荧光强度的影响,3) 光纤内Cr3+离子掺杂对黑体腔热辐射信号的影响。