Fibre-Optic Temperature Sensor Using Bragg Structure

Abstract

Волоконно-оптичні сенсори зарекомендували себе як інноваційна та універсальна технологія вимірювання різних фізичних величин, таких як температура. Окрім цього, особливі властивості оптичних волокон, у деяких випадках, роблять волоконно-оптичне зондування єдино прийнятним вибором зважаючи на умови експлуатації, точність, можливість дистанційної роботи. У цій статті нами представлено простий волоконно-оптичний сенсор температури, що використовує відбиваючий елемент Брегга як чутливий елемент. Основна перевага запропонованого підходу полягає у використанні широко доступних недорогих телекомунікаційних компонентів, таких як РЗЗ лазер як джерело світла та широко доступні компоненти волоконної оптики. Ще однією перевагою датчика є методика вимірювання, яка не потребує оптичного спектрометра, чи інших точних оптичних вимірювань, таких як інтерферометрія. Показано, що реалізуючи різні бреггівські структури для чутливого елемента, можна змінювати оптичний відгук, таким чином досягаючи необхідних характеристик сенсора. Розрахунки для сенсорної головки Брегга представлені як для датчика вузького діапазону, придатного для медичного використання, так і для датчика температури з широким діапазоном вимірювань ΔT ~ 200 °C. Також ця стаття містить короткий огляд широко використовуваних волоконно-оптичних методів вимірювання температури, їх переваги та застосування.

Fiber-optic sensing has established itself as an innovative and versatile measurement technology for various physical parameters, such as temperature. Moreover, particular properties of optical fibers, in some cases, make fiber-optic sensing only suitable choice due to operation conditions, precision and accuracy, possibility of remote operation. In this paper we present the simple fiber optic temperature sensor system that utilizes reflective Bragg element as a sensing head. The main advantage of the proposed approach relies on the use of widely available low-cost telecommunication devices, such as a DFB laser as a light source and commonly used fiber optics components. Another advantage of the sensor is measurement technique that doesn’t require optical spectrometer or other precise optical measurements such as interferometry. It is shown that by implementing various Bragg structures for the sensing element it is possible to alter optical response thus achieving required characteristics of the sensor. Calculations for Bragg structures are presented for both narrow range sensor suitable for medical use and wide range temperature sensor with ΔT  200 °C. In addition, this paper provides brief review of commonly used fiberoptic temperature sensing techniques, their advantages and application.