光纤温度传感器实验
——作为大学生创新实验的部分及其目标
应力宇～周天～陶继辉～林鸿旸～王叶
,上海大学物理系～上海200444,
摘要:介绍了一种基于光学、光纤混合Mach-Zehnder干涉仪的光纤温度传感器及其实验，由此开展了一项大学生创新实验活动——空间干涉光纤温度传感器小型化设计(制造)，提出了相关任务和实现目标。
关键词:光纤温度传感器、大学生创新实验活动、小型化
1 基于光纤Mach-Zehnder干涉仪的光纤温度传感器
使用的实验装置如下图所示 我们
干涉条纹的强度分布可由下面的简化推导获得。
设光纤1和光纤2为同型单模光纤，两个光纤的长短差,L，外光路光程差,S(从光纤出端开始算起到分光镜)，光纤的纤芯折射率，则抵达屏幕的干涉条n0
纹的相位差为
, (1) ,,k,Ln，k,S，,c002
其干涉光强方程(光束中心)
,,l/lcI,I，I，2IIcos,cos,,,e (2) 1212
条纹可见度为
,IImaxmin,,，IImaxmin (3) /,,llc,2IIcos,e12,，II12
其中，是出射偏振的方位角，大致地，将两光纤的出射偏振方位调到一致，则,
它为零。是入射激光的相干长度，如果干涉仪在零光程差附近()，l,L,0,,S,0c
再设，， I,I,,112
可见性最佳。在光纤马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪中，满足的条I,I12件应是激光波长与3dB光纤耦合器的工作波长一致。
我们定义沿变温区光纤长度，每单位温度上的相位变化
,nn,,,,L200 ,(，),TL,L,T,T
第一项由应变产生，第二项由折射率变化产生，此量可由实验测得，表征光纤传
。 感器的灵敏度
图1 干涉条纹 图2 光学及光纤耦合器
图3 测得的干涉条纹随温度变化的强度序列
2 大学生创新实验部分——空间干涉光纤温度传感器小型化设计(制造)
此类空间干涉光纤温度传感器具有光纤、光学混合型结构，优点是状态稳定、可靠，敏灵度高，且适合多种补偿方法，但是他的实用化研究却存在诸多难点。本课题所指小型化设计(制造)包含下述几个问题:
1)光纤温度臂的小型化与灵敏度的最佳匹配关系的建立
2)空间光路小型化及光纤机械一体化设计(制造)
3)多点采样补偿的探头分布与埋入头设计
4)温度可重复定标设计
5)抗震动设计
我们
计划
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分三个小组进行设计、制作和实验
小组一:光路搭建及小型化优化设计
目标:搭建出一个便携的平台，力争大小不超过A4纸大小，平台稳定，抗干扰能力可以满足最基本的实用。
小组二:电脑程序处理
目标:软件实现干涉条纹计数。
小组三:单片机数据采集
目标:实现集成可显示通过条纹数，实现初始值可设定功能。
老师认为这是一个需要思想和经验的课题，也具有一定的难度。欲达到的目标看起来独立，实际上是关联的，必须经过大量的实验和比较才能找到解决问题的思路和方法，最后也可能因为诸多原因离实用性就差一步，而这往往是前人难以越出的一步。
3 结束语
本文介绍的光纤温度传感器具有光学与光纤联合设计，集光电子技术、机械与微光机械制造、计算机数据采集与控制技术、干涉条纹识别与算法设计等多学科知识和技能。光纤传感器应用领域十分广泛，发展迅猛，是许多高科技的会聚点。通过本课题的实践，为我们今后的专业学习和将来的求职提供了坚实的基础，同时掌握了基本的专业技能。
参考文献
[1] Projects in fiber optics [M].Newport Corporation, 1791 Deere Ave, Irvine,
CA .USA, 1993
浙公网安备 33021202002483