基于光纖光柵海洋溫深傳感器的研究

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1、基于光纖光柵海洋溫深傳感器的研究摘要本文提出Y—種新型的光纖光柵海洋監(jiān)測(cè)傳感器，可以實(shí)現(xiàn)溫度和壓力的同時(shí)測(cè)量，且排除溫度對(duì)壓力測(cè)量的影響。傳感器采用的彈性膜片結(jié)構(gòu)，壓力測(cè)量光纖直接與膜片連接，膜片在壓力作用下產(chǎn)生軸向位移，進(jìn)而拉動(dòng)壓力測(cè)量光纖以實(shí)現(xiàn)壓力傳感；溫度測(cè)量光纖單獨(dú)固定，采用的進(jìn)水腔結(jié)構(gòu)，在保證光纖免受海水沖擊的情況下直接與海水接觸，實(shí)現(xiàn)快速測(cè)溫，同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。本文采集自網(wǎng)絡(luò)，本站發(fā)布的論文均是優(yōu)質(zhì)論文，供學(xué)習(xí)和研究使用，文中立場與本網(wǎng)站無關(guān)，版權(quán)和著作權(quán)歸原作者所有，如有不愿意被轉(zhuǎn)載的情況，請(qǐng)通知我們刪除己轉(zhuǎn)載的信息，如果需要分

2、享，請(qǐng)保留本段說明。關(guān)鍵詞光纖光柵；海洋監(jiān)?y;溫深傳感器中閣分類號(hào)P7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1674-6708(2017)188-0062-02隨著國家“一帶一路”和海洋戰(zhàn)略政策的實(shí)施，海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)越來越重要，監(jiān)測(cè)傳感器中最基礎(chǔ)的是溫鹽深(CTD)傳感器，其中深度參數(shù)通過測(cè)量水壓得到。光纖光柵對(duì)溫度和壓力都敏感，因此可以采用光纖光柵同時(shí)完成溫度和壓力的測(cè)量。溫度可以單獨(dú)測(cè)量，而壓力的測(cè)量會(huì)受到溫度的影響，因此要消除溫度的影響。潘洪亮等［1］提出了一種分程式雙靈敏度的光纖光柵壓力、溫度一體化監(jiān)測(cè)裝置。利用分程式的封裝結(jié)構(gòu)增大了壓力測(cè)量范圍，實(shí)現(xiàn)

3、溫度和壓力雙靈敏度一體化監(jiān)測(cè)，但是該傳感器在壓力測(cè)量中引入了另外的溫度傳感器作為溫度參考，無法做到實(shí)時(shí)的溫度補(bǔ)償。蔡安等［2］提出了通過引入一根自由狀態(tài)的光纖光柵來實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，但由于兩根光纖光柵處于不同的狀態(tài)，同樣無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)補(bǔ)償溫度的變化。何少靈等［3］提出了一種溫度實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)母呔裙饫w光柵壓力傳感器，可以實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)補(bǔ)償，該光纖光柵壓力傳感器可以應(yīng)用在溫度快速變化的環(huán)境中，但是該傳感器只能實(shí)現(xiàn)壓力的測(cè)量，不能在海洋監(jiān)測(cè)中同時(shí)完成溫度和壓力的測(cè)量。本文提出了一種新型的光纖光柵海洋監(jiān)測(cè)傳感器，可以實(shí)現(xiàn)溫度和壓力的同時(shí)測(cè)量，且排除溫度對(duì)壓力

4、測(cè)量的影響。1原理基于光纖光柵的海洋溫深傳感器結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。溫度和壓力測(cè)量光纖同時(shí)與海水接觸，溫度會(huì)使光纖的反射波長發(fā)生改變，通過檢測(cè)波長變化量就可以計(jì)算出溫度的改變量，溫度測(cè)量光纖完成溫度測(cè)量和壓力測(cè)量過程中的溫度補(bǔ)償;壓力測(cè)量基于彈性膜片結(jié)構(gòu)，壓力測(cè)量光纖直接與彈性膜片連接，膜片的中心位置在海水壓力的作用下發(fā)生改變，引起壓力測(cè)景光纖的長度變化，造成其反射波長的改變，通過檢測(cè)波長變化量就可以計(jì)算出壓力的改變量。2實(shí)驗(yàn)與討論本文選擇兩根同型號(hào)光纖光柵分別作為溫度測(cè)量和壓力測(cè)量光纖，初始反射波長為1560nmo光纖光柵的柵區(qū)長度為10m

5、m,反射率大于80%,邊模抑制比大于15dB。實(shí)驗(yàn)過程中使用的解調(diào)儀型號(hào)為M0I130,其波長的檢測(cè)精度為lpm。2.1溫度系數(shù)確定首先確定所選兩根光纖光柵的溫度系數(shù)，利用高精度恒溫水槽進(jìn)行溫度調(diào)整，水槽的溫度從o°c調(diào)到40°c，調(diào)整步長為rc,記錄每個(gè)溫度下光纖光柵的反射波長，把波長與溫度進(jìn)行擬合，可得光纖光柵的溫度一次擬合關(guān)系式為，擬合曲線如圖2所示。從記錄數(shù)據(jù)可以得出，光纖光柵的溫度擬合曲線的誤差范圍小于0.07%，光纖光柵用于對(duì)溫度的測(cè)量具有很高的線性度。從圖中可以看出溫度系數(shù)偏小，可以采取在溫度測(cè)量光纖外加裝熱膨脹系數(shù)大的導(dǎo)熱套，

6、以達(dá)到提高值，提高溫度測(cè)量靈敏度的目的[4]。2.2壓力系數(shù)確定利用把傳感器放置于壓力罐內(nèi)以確定其壓力系數(shù)，壓力罐內(nèi)的壓力從OMPa逐漸加壓至lOOMPa，加壓步長為2MPa,記錄每個(gè)壓強(qiáng)下光纖光柵的反射波長，通過計(jì)算排除溫度對(duì)壓力測(cè)量的影響，之后把壓力測(cè)量光纖的波長與壓強(qiáng)進(jìn)行擬合，可得光纖光柵的壓力一次擬合關(guān)系式為，如圖3所示。從記錄數(shù)據(jù)可以得出，光纖光柵的壓力擬合曲線的誤差范圍小于0.01%，光纖光柵用于對(duì)壓力的測(cè)量具有很高的線性度。3結(jié)論光纖材料屬于非金屬，性質(zhì)穩(wěn)定，不會(huì)受到電磁干擾的影響，損耗小，測(cè)量精度高，同時(shí)體積小，安裝靈活，耐腐

7、蝕，可靠性好，很適合海洋的監(jiān)測(cè)。本文提出的基于光纖光柵的海洋溫深傳感器，能高精度穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)溫度和壓力的同時(shí)測(cè)景，且壓力測(cè)景不受溫度變化的影響，值得研究融入海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。參考文獻(xiàn)［1］潘洪亮，董惠娟，張廣玉，等.分程式雙靈敏度光纖光柵壓力溫度監(jiān)測(cè)裝置的研制［J］.中國激光，2013,40(2)：158-163.［2］蔡安，印新達(dá)，常曉東，等.具有溫度補(bǔ)償?shù)哪て凸饫w光柵溫度壓力傳感器［J］.傳感器與微系統(tǒng)，2013，32(4):98-100.［3］何少靈，郝鳳歡，劉鵬飛，等.溫度實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)母呔裙饫w光柵壓力傳感器［JL中國激光，2015，42(

8、6)：166-170.［4］徐元哲，馬淑婧，張穎，等.新型封裝的光纖光柵溫度傳感器的研宄［J］.東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，32(4)：83-86.