在许多测量温度的方法中，先进的光学原理与光纤的结合提供了非常不同的方法，具有应用上的优点和实现上的局限性。
温度是最广泛被感知的物理参数;就是这么简单。不简单的是，我们有许多方法来测量它，通过使用传感器，如热电偶、rtd、二极管、热成像和材料膨胀，这里仅列举一些技术(这是一个很长的列表)。
还有的共同的挑战在很多情况下,温度传感器是“接近”或适当位置测量,准确,可靠地工作,甚至生存的测量环境中,经常有问题的访问,极端温度,振动,或严厉的气氛。最后，传感器必须是可观测的，并最终通过读数系统(通常是电子的)报告变化。简而言之:温度是广泛测量的，有时很容易，但往往很困难，特别是当温度进入极端寒冷或炎热地区时。
事实上，所有类型的工程师都与温度有矛盾的关系。一方面，它是导致部件和结构参数变化的原因，比如位移导致物理变化和电气错误，甚至在许多情况下最终失败。其中包括二极管电压降变化;电阻变化;晶体频率变化;由于尺寸变化、热系数和材料不匹配等原因造成的断裂。这些变化是不可避免的，因为它们是由基础物理造成的，经常必须加以处理。处理温度系数引起的变化的技术包括:
- 精心挑选的材料;
- 部件老化;
- 热炉控制;
- 数据校正;
- 比率或平衡电拓扑，其中变化抵消，如惠斯顿电桥，图1；
- 在18世纪早期，约翰·哈里森为他的传奇天文钟发明了一种名为“班卓钟”的钟摆，图2．
另一方面，温度影响如此多的物理因素，这一事实可以通过各种各样的电气和机械实现来衡量温度(或其他因素)。例如，在旧的恒温器中使用的双金属条就是一个全机械的例子(图3)，而热电偶所体现的塞贝克效应是电效应。
在温度测量菜单中添加光纤
近年来，光学玻璃制成的高纯、一致、发丝般细的光导管的发展，彻底改变了数据链路的性质，从几米的近距离、短距离到在海底铺设数千公里的海底电缆。这些光纤根据其材料特性、掺杂、直径和包层对不同的数据链路进行了优化。大多数(但不是全部)是“阶梯式折射率”纤维，其中的玻璃芯具有严格控制的折射率和精确的直径，包覆有折射率较低的玻璃或玻璃状材料。利用光纤进行数据连接的许多开创性工作都是由高锟(Charles K. Kao)完成的，他因此获得了2009年的诺贝尔物理学奖
只要入射光以核心和包层折射率对的临界角度或以下进入核心，光就会在光纤中沿其长度传播，图4．这被称为“完全内部反射”，虽然这一发现的荣誉尚未确定，但荷兰物理学家、天文学家、数学家和发明家克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens)和艾萨克·牛顿(Isaac Newton)都在17世纪末探索了基本的物理原理。(他们第一次通过实验观察到这种现象，是当光被射入从水罐一侧的一个洞中流出的水流中时，而不是从蒸汽的侧面射出。
当然，使用光纤进行数据传输不仅仅是将强光或激光束直接照射到光纤中。存在波长、耦合损耗、光纤衰减、单模和多模传播、矢量和偏振、光源和接收器等问题。光纤应用的巨大增长也带来了光学物理理论和应用、单色和可调谐激光器、光学材料和晶体、电光系统和集成以及类似于硅基MEMS的集成微制造等方面的重大进展。许多结构在理论上是已知的，但在实际执行中，大型和复杂的结构现在被缩减为小型的、大规模生产的组件和系统。
虽然大多数工程师都熟悉用于照明或数据通信的光传输光纤，但他们可能不熟悉这些光纤和相关结构的其他应用。与任何物理材料一样，玻璃纤维的一级、二级和三级性能属性会受到压力、弯曲、温度等刺激的影响。科学家和工程师研究了这些变化的本质，量化了它们，并确定了利用它们的方法——从积极的意义上说——用它们来测量与数据通信无关的物理参数。(请注意，我们只讨论玻璃基纤维;也有成本较低的塑料纤维，但只能用于非常短距离的连接，或输送照明而不是数据。)
本文将介绍用于光纤传感的两种基本光学结构和原理——基于光纤布拉格光栅(FBG)和马赫-曾德尔干涉仪(MZI)。虽然fbg和mzi的原理已经有一个多世纪的历史了，但直到最近几十年，它们都需要更大、桌面大小的组件和支持。然而，现在它们被制成光学相容的晶体材料，如铌酸锂(LiNbO)3.)和砷化镓(GaAs)。再一次，不同的进步和技术之间的联系和协同作用使这成为可能;例如，MZI在环形激光和光纤陀螺仪、MEMS和半导体薄膜方面的进展，使它们作为传感器的使用变得实用和有效。
虽然对光纤、fbg和mzi使用的全面描述需要深入的物理和相关方程，但即使没有它们，也可以理解它们的操作和应用。使用玻璃纤维和光纤的原理将适用于温度、压力、弯曲、磁场等方面的传感，但我们将重点关注温度。
本文的下一部分将解释fbg和mzi在传感中的应用。
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- 光纤传感器测量微小磁场
外部引用
温度传感
- RP Photonics Consulting GmbH， "光纤温度传感器”
- Opsens解决方案。”光纤温度传感器”
- Micronor LLC。”TS系列温度传感器”
- Micronor LLC。”光纤传感的原因?”
- 维基百科,“光纤温度计”
- InTechOpen。”光纤温度传感器”
- RF无线世界，"光纤温度传感器的结构、工作原理、优缺点”
- RP光子学。”光纤温度传感器”
- 研究门。”光纤温度测量的应用”
- 传感器的信。”一种新型光纤测温仪及其在强电、磁、电磁场过程控制中的应用”
- 研究门。”基于多模光纤马赫-曾德干涉仪的超高灵敏温度传感器”
散射
背景和相关
- 维基百科,“光纤布喇格光栅”
- 激光聚焦世界，”分布式光纤水听器是基于外差相干探测的”
- 激光聚焦世界，”光纤通信:根据任务定制光纤”
- 维基百科,“迈克耳孙-莫雷实验”
- 美国国家航空航天局(NASA)”磁场传感:使用一种创新的光波导光纤光栅”
- 阻塞性睡眠呼吸暂停综合症出版。”基于侧磨光纤和磁流体的全光纤矢量磁场传感器”
- 光子学。”LIGO继续制造波浪”
- 光学学会，”在OPN LIGO-Virgo”
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