光纤式温度传感器

国民经济的持续快速发展和城市化水平的提高，给中国的食品工业发展创造了巨大的需求空间，食品消费总量将不断增加，商品性消费日益取代自给型消费，工业化食品比重逐步增长，并为食品工业发展提供了巨大的市场空间。在食品工业中，工艺流程自动化程度越来越高，比如自动化技术在包装生产线中已占50%以上，大量使用了电脑设计和机电一体化控制，目的是提高生产率，提高设备的柔性和灵活性。传感器作为自动化系统的关键核心，也已经大量应用在食品工业中。[img=,535,359]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/12/201812040940078010_3529_3332482_3.jpg!w535x359.jpg[/img]FISO微波辅助化学和微波食品解决方案摘要：目前在食品工业领域中涉及新产品开发、食品包装、微波食品加工、、MW 食品测试、 MW 烤炉设计和测试、新材料研究、MW 和RF 相关应用等，而在研究开发过程中对重要参数—— 温度及压力的测量一直是个难题，具调查了解国内现阶段大都采用热电偶或红外测温仪测量温度，由于热电偶容易受电磁、微波、射频等干扰，所以不能实现时实测量，采集的温度数据可用性不高，而红外测量虽然能时实测量，但是它是非接触测量受很多因素干扰（特别是水蒸汽），而且测量精度也不满足研究要求，所以两种方法都不能很好的解决温度测量问题，给研究工作带来很多不便。 加拿大FISO公司的光纤传感器很好地解决了温度及压力测量问题，FISO传感器完全抗电磁、 微波、射频等干扰，多通道在线时实监测微波中食物内、外各个部位温度差异与变化，给研究食物在不同温度下的成分及含量提供可靠准确的数据，同时通过RS232与计算机连接由软件控制可 以很直观地观察温度、压力曲线变化。 光纤测试系统的构成： 加拿大FISO公司的光纤测试系统主要由探头、光纤延长线、信号解调器、附件四部分构成。原理：1.F-P原理：采用法布利-比罗特(Fabry - Perot)腔为感应物理参量的器件，对温度、压力、应变、位移等物理参量进行测试，通过光纤把相关的测试信号传输出去，与信号解调器相连采用工业标准的“SC”连接头。温度光纤传感器：[img=,301,300]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/12/201812040940225936_8428_3332482_3.jpg!w301x300.jpg[/img]FISO光纤传感器采用干涉原理，非常适合在食品工业环境和电介质传感器无法工作的环境。FISO传感器与其相应的信号调理器可以组成一个完整的光纤传感系统。干涉测量传感器(FPI)一般由两面相对的镜子组成，分割两面镜子的空间称为空腔(或空洞)长度。反射到FPI中的光是经波长调制的，并与空腔长度完全相同。由精确设计的FPI将应变、温度、位移或压力转变成空腔长度的函数。FISO传感器的原理是:当光束到达光纤尽头后进入一契形介质，在上下表面产生反射，进而导致光的干涉。反射发生的位置不同，相应的光程差亦不同。当契形介质的横向移动表明位移变化的时候，此位移变化将被FP腔探知并转化为。由于FISO传感器完全抗电磁、微波和射频等干扰，多通道在线实时检测微波中的食物内各个温度的差异与变化，给研究食物在不同温度下的水分及含量提供了可靠准确的数据。这里主推工采网从加拿大进口的光纤温度传感器 - FOT-L-BA/SD，这是一款非常适合在极端环境下测量温度的光纤温度传感器，这种极端环境包括低温、核环境、微波和高强度的RF等。FOT-L集所有您期望从理想传感器器身获取的优良特性于一体。因此，即使在极端温度和不利的环境下，这类传感器依然能够提供高精度和可靠的温度测量。

医学临床及动物实验要求对温度进行精确快速的测量，尤其在肿瘤热疗中，温度传感器在对组织温度进行多点实时测量的同时还要消除传统温度计受电磁辐射干扰的问题。相比于传统温度传感器，光纤温度传感器以其良好的电绝缘性可以很好的应用于生物医疗领域。[img=,301,300]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/12/201812140942513236_2945_3332482_3.jpg!w301x300.jpg[/img]本文针对现有医用温度传感器的不足，根据光纤布拉格光栅（FBG）和长周期光纤光栅（LPFG）的理论，找到由工采网从加拿大进口的光纤温度传感器 - FOT-L-BA,这是一款非常适合在极端环境下测量温度的光纤温度传感器，这种极端环境包括低温、核环境、微波和高强度的RF等。都是完全不受EMI和RFI影响，同时，它们的尺寸小、针对危险环境内置安全装置、耐高温、耐腐蚀并且具备较高的精度。最后并对其传感特性进行了研究，具体工作如下：1、医用FBG温度传感器的研制及其特性研究 利用相位掩模板法在普通石英光纤和包层模抑制（CMS）光纤上刻制FBG，并进行了温度和弯曲特性的相关实验研究。实验发现，两种光纤刻制的FBG具有相似的温度灵敏度，分别为11.5pm/℃和10.6pm/℃，且具有良好的线性度，相关系数大于0.99。CMS光纤制备的FBG对弯曲曲率的敏感度较普通光纤制备的FBG低，更适用于人体温度的测量。2、医用FBG温度传感器的温敏式封装及其特性研究 根据温敏式封装的原理，选用热膨胀系数大、温变性质稳定的材料对FBG温度传感器进行了封装，在对FBG起到保护作用的同时，使其具有较高的温度灵敏度，较好的重复性、线性度和稳定性。首先用环氧树脂将FBG封装在聚四氟乙烯管中，虽然温度增敏效果明显，约为裸FBG的12倍，但其线性度不如裸FBG。为了不破坏裸FBG良好的线性度，使FBG在毛细套管中处于自由状态，在毛细套管两端点胶用来固定光纤光栅。分别使用毛细玻璃管，毛细钢管，聚四氟乙烯管作为基底材料，其温度灵敏度系数分别为8.7pm/℃，38pm/℃，23.4pm/℃，并且中心波长的漂移量与温度变化呈现良好的线性关系。为了避免粘胶剂对光纤光栅的影响，提出一种双管无胶封装方式，封装后的温度传感器具有更好的线性度，温度灵敏度系数为18.9pm/℃。实验结果表明，封装后的FBG温度传感器的灵敏度不仅与热膨胀系数有关，与封装材料的导热性也有密切的联系。3、LPFG温度传感器的研制及其传感特性的研究 用高频CO_2激光脉冲在普通石英光纤中写入LPFG。实验研究了LPFG的温度及弯曲特性。其温度灵敏度约为75pm/℃，约为裸FBG的7.5倍，并且呈现良好的线性度。其透射峰幅值对温度不敏感，但对弯曲曲率敏感。为了使其更适合于工程中的应用，提出了一种灌装酒精的封装方式。封装后出现两个明显的谐振峰。1508nm处的谐振峰随温度的升高发生蓝移，温度灵敏度为56.9pm/℃。1472nm处的谐振峰随温度的升高发生红移，温度灵敏度为531.2pm/℃，是裸LPFG的7倍，裸FBG的53倍。有效提高了长周期光纤光栅温度传感特性、避免外界其他因素的干扰。4、封装后的光纤光栅温度传感器在微波及超声波环境中测试将封装好的光纤光栅温度传感器分别放入微波环境及超声波环境中，并进行温度特性测试。实验表明，封装后的光纤光栅温度传感器不受微波及超声波的干扰，仍然保持原有的温度灵敏度，并且具有良好的线性度及稳定性。本项目研制的光纤光栅温度传感器分辨率达到0.02℃，并且具有抗微波、超声波、电磁干扰的优点，可以广泛应用于磁流体热疗、核磁共振等有电磁场、微波、超声波干扰的生物医疗领域。