光纤温度传感器的现状及发展

王鑫　王艳平

摘要：文章在详细探讨光纤温度传感器对于温度探测工作起到的作用的基础上，分析了光纤温度传感器的现状以及未来发展应用。具体介绍了分布式光纤温度传感器、荧光温度传感器的理论来源和研究现状，借此来更加清楚地探究出不同种类的传感器，研究了其未来的发展应用情况。

关键词：光纤传感；分布式光纤温度传感器；荧光温度传感器；电磁干扰

中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）12-0001-02

自20世纪70年代以来，光纤测温就已成为检测温度的最先进的技术，由于其不易受电磁干扰的优点，普遍应用于检测温度的工作当中。并且光纤测温技术操作起来非常简便，与高科技产品都很匹配，如计算机等电子设施，再加上光纤不仅传输性能强，而且还具有抗辐射的特性，因此被广泛使用在各种环境的作业中。国外很多发达国家已十分青睐此项技术，逐渐地用其取代传统的检测温度的技术，光纤技术得到了广泛应用。

1 不同光纤温度传感器的原理和研究现状

按照工作原理，光纤温度传感器的类别分为功能型和传导型两种。其中功能型传感器是指，温度检测是依据，光纤会跟随温度改变的特点进行的传感器；而传导型温度传感器的工作原理是，在对温度检测时，光只是起到信号指示的功能，通过光的指示可以躲避复杂环境下的温度测试，此类传感器系统较为复杂。下面就详细介绍两种光纤温度传感器。

1.1 分布式光纤温度传感器

分布式光纤温度传感器，通常用在检测空间温度分布的系统，其原理最早于1981年提出，后随着科学家的实验研究，最终研制出了此项技术。这种传感器原理发展是基于三种传感器的研究，分别是瑞利散射、布里渊散射、喇曼散射。在瑞利散射（OTDR）和布里渊散射（OTDR）的研究已取得了很大的进展，因此未来的传感器研究热点，将放在对基于喇曼散射（OTDR）的新分布式光纤传感器的研究上。最近，土耳其Gunes Yilmaz开发出了一种分布式光纤温度传感器，此传感器的温度分辨率是1℃，空间分辨率是1.23m。在我国也有很多大学展开了对分布式光纤温度传感器的研究，例如，中国计量大学1997年发明出煤矿温度检测的传感器系统，其检测温度为-49℃～150℃，温度分辨率为0.1℃。

1.2 光纤荧光温度传感器

当前最热门的研究，就是针对光纤荧光温度传感器，其是利用荧光的材料会发光的特性，来检测发光区域的温度。这种荧光的材料通常在受到紫外线或红外线的刺激时，就会出现发光的情况，发射出的光参数和温度是有着必然联系的，因此可以通过检测荧光强度来测试温度。世界各国的高校都设计过此类传感器，例如，韩国汉城大学发现10cm的双掺杂光纤，在其915nm的地方所反射出的荧光强度所对应的温度指数是20℃～290℃；我国清华大学借用半导体GaAs原料来吸收光，进而以光随温度改变的原理，研发出了温度范围是0℃～160℃的光纤荧光温度传

感器。

2 光纤温度传感器的应用发展

光纤温度传感器的种类很多，除了以上所介绍的荧光和分布式光纤温度传感器外，还有光纤光栅温度传感器、干涉型光纤温度传感器以及基于弯曲损耗的光纤温度传感器等等，由于其种类很多，应用发展也很广泛，例如，应用于电力系统、建筑业、航空航天业以及海洋开发领域

等等。

2.1 分布式光纤温度传感器在电力系统行业的发展

光纤温度传感器在电力系统的应用中得到发展，由于电力电缆温度、高压配电设备内部温度、发电厂环境的温度等，都需要使用光纤传感器进行测量，因此就促进了光纤传感器的不断完善和发展。尤其是分布式光纤温度传感器得到了改善，经过在电力系统行业的应用，从而使其接收信号和处理检测系统的能力都得到了提升。

2.2 光纤光栅温度传感器在建筑业的发展

光纤光栅温度传感器由于其较高的分辨率和测量范围广泛等优点，被广泛应用于建筑业温度测量工作中。西方很多发达国家都已普遍采用此系统，进行建筑物的温度、位移等安全指标的测试工作，例如，美国墨西哥使用光栅温度传感器，对高速公路上桥梁的温度进行检测。通过广泛使用，光栅温度传感器所存在的问题，如：交叉敏感的消除、光纤光栅的封装等都得到了解决，因而此系统得到了完善。

2.3 航空航天业中的应用发展

航空航天业使用传感器的频率较高，包括对飞行器的压力、温度、燃料等各方面的检测，都需要使用光纤温度传感器进行检测，并且所使用到的传感器数量多达百个，所以对传感器的大小和重量要求很严格。因此，基于航空航天业对传感器的要求，光纤温度传感器的体积、重量规格方面都经过了调整。

3 结语

综上所述，光纤温度传感器的研究取得了较大的进步，分析得出它比传统的温度传感器有很多的优点，比如：抗电磁性能高、耐腐蚀性强、体积小等等。同时，光纤温度传感器的种类繁多，包括：分布式光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器、干涉型光纤温度传感器、光纤荧光温度传感器和基于弯曲损耗的光纤温度传感器，本文没有一一介绍，只是简单介绍了其中的两种，这也是本文的缺陷。通过此次研究，只是希望为今后的传感器的发展提供参考价值。

参考文献

[1] 刘志.光纤传感技术在边坡监测中的应用与发展[J].山西建筑，2010，（4）：66-67.

[2] 王虎，李永倩，李欢，何青尔.光纤温度传感器在电力电缆监测中的应用[J].电力系统通信，2012，（3）：58-59.

[3] Y.J.Rao.Recent progress in application of in-fiber Bragg grating sensors[J]. Optical Fiber Technology，2009，（3）：227-237.

[4] Romeo Bernini， Aldo Minardo， Luigi Zeni. Distributed fiber-optic frequency-domain Brillouin sensing[J].Sensors and Actuators A 123–124，2009，（7）：337-342.

[5] Ulrich Günzel， Helmut Wilhelm. Estimation of the in-situ thermal resistance of a borehole using the Distributed Temperature Sensing （DTS） technique and the Temperature Recovery Method （TRM）[J]. Geothermics，2010，（29）：689-700.

[6] 洪滨，吕庆洲.基于分布式光纤温度传感器的风电场复合缆在线检测系统[J].自动化博览，2012，（12）：8-9.

[7] 蓝天，王巍，李小彦，李俊一，严潇君.拉曼型分布式光纤温度传感器的自校准解调[J].红外与激光工程，2012，（11）：15.

[8] 李强，王艳松，刘学民.光纤温度传感器在电力系统中的应用现状综述[J].电力系统保护与控制，2010，（1）：676.

作者简介：王鑫（1984—），男，河北张家口人，中国乐凯集团股份有限公司片基事业部助理工程师。

（责任编辑：周 琼）