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光栅光纤测温是一种先进的温度测量技术。它利用光纤布拉格光栅的布拉格波长对温度敏感的特性来实现精确的温度测量。当宽带光进入含有光纤布拉格光栅的光纤时,满足布拉格条件的特定波长会被反射回来,而其他波长则透射过去。
布拉格条件是光栅光纤测温的核心原理。当光在光纤布拉格光栅中传播时,只有满足布拉格条件的特定波长会被强烈反射。布拉格波长由公式λB等于2倍有效折射率乘以光栅周期确定。反射光谱呈现一个尖锐的峰值,峰值位置就是布拉格波长。
温度变化会通过两种物理效应影响光纤布拉格光栅的参数。首先是热膨胀效应,温度升高时光纤材料膨胀,导致光栅周期增大。其次是热光效应,温度升高使光纤材料的有效折射率增大。这两种效应共同作用,使布拉格波长向长波方向漂移,漂移量与温度变化成正比。
完整的光栅光纤测温系统由四个主要部分组成。宽带光源发出连续光谱,通过光纤传输到光纤布拉格光栅传感器。FBG反射特定波长的光,反射光通过光纤传输到光谱仪或解调仪进行波长检测。最后,信号处理单元根据波长漂移量计算出精确的温度值并显示结果。
温度的计算基于波长漂移与温度变化的线性关系。温度变化量等于波长漂移量除以温度灵敏度系数。光栅光纤测温技术具有显著优势:测量精度高,可达0.1度;完全抗电磁干扰;支持长距离光纤传输;可实现多点分布式温度监测。这些特点使其在电力、石油、航空航天等领域得到广泛应用。