CN108981955A - 一种光纤温度测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种光纤温度测量装置。所述温度测量装置包括：宽带光源、单模光纤耦合器、偏振控制器、光纤环形器、镀银膜反射光纤端的折射率溶液包层椭圆微纳光纤、光谱仪；所述宽带光源与所述单模光纤耦合器连接，所述宽带光源发出的光经过所述单模光纤耦合器分成两束；两束所述反射光束在所述单模光纤耦合器中发生光的两个偏振态的干涉，获得干涉光谱；所述单模光纤耦合器与所述光谱仪连接，所述单模光纤耦合器将所述干涉光谱发送至所述光谱仪，所述光谱仪对所述干涉光谱进行分析，获得外界温度。通过折射率液包层高双折射微纳光纤实现远距离、高精度的温度测量。
Description
技术领域
本发明涉及光纤技术领域，特别是涉及一种光纤温度测量装置。
背景技术
光纤传感器相对于其他传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、不受电磁干扰、耐腐蚀的特点，使得光纤传感器的应用范围较广，涉及到国防以及国民经济领域和人们的日常生活。
温度是表示物体冷热程度的物理量。在气象、材料、工业、航空、医药等领域中，温度的准确检测具有举足轻重的作用。目前，比较常见的光纤温度传感器主要有级联型、光纤光栅型、萨格奈克干涉型。其中，干涉型光纤光栅可检测出相当于光波波长数量级的距离变化，与其他传感方法相比，灵敏度高。
光纤环境作为干涉型传感器的一种，由于结构简单、调谐方式灵活，近几年来得到了广泛研究和关注，传感单元多为保偏光纤，但是，传统的保偏光纤对温度的灵敏度低，传统的闭环形结构及透射式传感光路使得传感器件在环中不独立，导致远距离测量时的操作不便，不能满足一些远距离、高精度的场合的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够实现远距离、高精度的光纤温度测量装置。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种光纤温度测量装置，所述温度测量装置包括：宽带光源、单模光纤耦合器、偏振控制器、光纤环形器、镀银膜反射光纤端的折射率溶液包层椭圆微纳光纤、光谱仪；
所述宽带光源与所述单模光纤耦合器连接，所述宽带光源发出的光经过所述单模光纤耦合器分成两束，一束沿第一光路直接传输至所述光纤环形器，另一束沿着第二光路通过所述偏振控制器传输至所述光纤环形器中；所述第一光路为光线从所述单模光纤耦合器传输到所述光纤环形器的传输光路；所述第二光路为光线从所述单模光纤耦合器通过所述偏振控制器传输到所述光纤环形器的传输光路，所述第一光路与所述第二光路对称设置；
所述光纤环形器与所述镀银膜反射光纤端的折射率溶液包层椭圆微纳光纤连接，所述光纤环形器中的两束偏振状态不同的光束重新耦合后获得耦合光束；
所述耦合光束传输到所述镀银膜反射光纤端的折射率溶液包层椭圆微纳光纤中经过反射获得反射光束；
所述反射光束传输至所述光纤环形器后，分成两束，两束所述反射光束分别沿着所述第一光路和所述第二光路传输至所述单模光纤耦合器；
两束所述反射光束在所述单模光纤耦合器中发生光的两个偏振态的干涉，获得干涉光谱；
所述单模光纤耦合器与所述光谱仪连接，所述单模光纤耦合器将所述干涉光谱发送至所述光谱仪，所述光谱仪对所述干涉光谱进行分析，获得外界温度。
可选的，所述镀银膜反射光纤端的折射率溶液包层椭圆微纳光纤具体包括：入射单模光纤端、椭圆微纳光纤、镀银膜的单模反射段、充满折射率溶液的玻璃管；
所述入射单模光纤端上依次设置有所述椭圆微纳光纤、所述镀银膜的单模反射段；
所述椭圆微纳光纤密封在所述充满折射率溶液的玻璃管中；
所述充满折射率溶液的玻璃管与所述入射单模光纤端的接口处用AB胶密封。
可选的，所述镀银膜反射光纤端的折射率溶液包层椭圆微纳光纤设置在可控温度的环境中；
逐渐改变环境中的温度，所述光谱仪采集输出的光谱，记录干涉梳状谱；
计算所述干涉梳状谱漂移的长度，拟合所述干涉梳状谱漂移随温度的变化的关系曲线图；
根据所述关系曲线图对待测环境进行温度测量。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明公开的一种光纤温度测量装置，通过折射率液包层高双折射微纳光纤实现远距离、高精度的温度测量，采用光谱分析的方法测量，使得测量结果不会因外界环境温度的变化影响测量的精度，实现了在保证远距离测量的同时，提高了测量的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的光纤温度测量装置的结构图；
图2为本发明提供的镀银膜反射光纤端的折射率溶液包层椭圆微纳光纤的结构图；
图3为本发明提供的梳状谱漂移随温度变化的波形图；
图4为本发明提供的梳状谱波长随温度变化的曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种能够实现远距离、高精度的光纤温度测量装置。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种光纤温度测量装置，所述温度测量装置包括：宽带光源1、单模光纤耦合器2、偏振控制器3、光纤环形器4、镀银膜反射光纤端的折射率溶液包层椭圆微纳光纤5、光谱仪7；
所述宽带光源1与所述单模光纤耦合器2连接，所述宽带光源1发出的光经过所述单模光纤耦合器2分成两束，一束沿第一光路直接传输至所述光纤环形器4，另一束沿着第二光路通过所述偏振控制器3传输至所述光纤环形器4中；所述第一光路为光线从所述单模光纤耦合器2传输到所述光纤环形器4的传输光路；所述第二光路为光线从所述单模光纤耦合器2通过所述偏振控制器3传输到所述光纤环形器4的传输光路，所述第一光路与所述第二光路对称设置；
所述光纤环形器4与所述镀银膜反射光纤端的折射率溶液包层椭圆微纳光纤5连接，所述光纤环形器4中的两束偏振状态不同的光束重新耦合后获得耦合光束；
所述耦合光束传输到所述镀银膜反射光纤端的折射率溶液包层椭圆微纳光纤5中经过反射获得反射光束；
所述反射光束传输至所述光纤环形器4后，分成两束，两束所述反射光束分别沿着所述第一光路和所述第二光路传输至所述单模光纤耦合器2；
两束所述反射光束在所述单模光纤耦合器2中发生光的两个偏振态的干涉，获得干涉光谱；
所述单模光纤耦合器2与所述光谱仪7连接，所述单模光纤耦合器2将所述干涉光谱发送至所述光谱仪7，所述光谱仪7对所述干涉光谱进行分析，获得外界温度。
如图2所示，所述镀银膜反射光纤端的折射率溶液包层椭圆微纳光纤具体包括：入射单模光纤端8、椭圆微纳光纤12、镀银膜的单模反射段11、充满折射率溶液的玻璃管10；
所述入射单模光纤端8上依次设置有所述椭圆微纳光纤12、所述镀银膜的单模反射段11；
所述椭圆微纳光纤12密封在所述充满折射率溶液的玻璃管10中；
所述充满折射率溶液的玻璃管10与所述入射单模光纤端8的接口处用AB胶9密封。
如图3和图4所示，所述镀银膜反射光纤端的折射率溶液包层椭圆微纳光纤5设置在可控温度的环境中，具体将可控温度环境设置为温控箱6；
逐渐改变环境中的温度，所述光谱仪7采集输出的光谱，记录干涉梳状谱；
计算所述干涉梳状谱波长的漂移，拟合所述干涉梳状谱波长漂移随温度的变化的关系曲线图；所述的梳妆谱波长漂移随温度变化的关系曲线通过线性拟合或最小二乘法进行拟合；
根据所述关系曲线图对待测环境进行温度测量。
所述入射和出射的单模光纤的纤芯直径为9μm，包层直径125μm；椭圆微纳光纤的长度为0.6cm、长轴长为2.8μm，椭圆率为0.7，玻璃管内径为300μm，外径为500μm，长度为5cm。
光在传输过程中的原理：
光通过光纤耦合器2被分成两束，通过光纤耦合器2和环形器4的两个对称光路后重新在环形器4中耦合，在其中一个臂中加入偏振控制器3控制传输光的偏振态，光束重新耦合后进入折射率溶液包层的椭圆微纳光纤5，经过镀银膜的端面11反射后，重新经过环形器4分成两束，沿着耦合器两臂在光纤耦合器2中发生光的两个偏振态的干涉，光谱仪7记录干涉梳状谱。当传感单元收受到外界温度影响使得传输光的两个偏振态的光程差发生变化时，干涉条纹产生移动，如图3所示。记录梳状谱某一波谷值随温度变化的波长漂移，拟合梳状谱波长漂移随温度变化的曲线，并进行线性拟合，得到温度灵敏系数，如图4所示。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的***而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (3)
1.一种光纤温度测量装置，其特征在于，所述温度测量装置包括：宽带光源、单模光纤耦合器、偏振控制器、光纤环形器、镀银膜反射光纤端的折射率溶液包层椭圆微纳光纤、光谱仪；
所述宽带光源与所述单模光纤耦合器连接，所述宽带光源发出的光经过所述单模光纤耦合器分成两束，一束沿第一光路直接传输至所述光纤环形器，另一束沿着第二光路通过所述偏振控制器传输至所述光纤环形器中；所述第一光路为光线从所述单模光纤耦合器传输到所述光纤环形器的传输光路；所述第二光路为光线从所述单模光纤耦合器通过所述偏振控制器传输到所述光纤环形器的传输光路，所述第一光路与所述第二光路对称设置；
所述光纤环形器与所述镀银膜反射光纤端的折射率溶液包层椭圆微纳光纤连接，所述光纤环形器中的两束偏振状态不同的光束重新耦合后获得耦合光束；
所述耦合光束传输到所述镀银膜反射光纤端的折射率溶液包层椭圆微纳光纤中经过反射获得反射光束；
所述反射光束传输至所述光纤环形器后，分成两束，两束所述反射光束分别沿着所述第一光路和所述第二光路传输至所述单模光纤耦合器；
两束所述反射光束在所述单模光纤耦合器中发生光的两个偏振态的干涉，获得干涉光谱；
所述单模光纤耦合器与所述光谱仪连接，所述单模光纤耦合器将所述干涉光谱发送至所述光谱仪，所述光谱仪对所述干涉光谱进行分析，获得外界温度。
2.根据权利要求1所述的一种光纤温度测量装置，其特征在于，所述镀银膜反射光纤端的折射率溶液包层椭圆微纳光纤具体包括：入射单模光纤端、椭圆微纳光纤、镀银膜的单模反射段、充满折射率溶液的玻璃管；
所述入射单模光纤端上依次设置有所述椭圆微纳光纤、所述镀银膜的单模反射段；
所述椭圆微纳光纤密封在所述充满折射率溶液的玻璃管中；
所述充满折射率溶液的玻璃管与所述入射单模光纤端的接口处用AB胶密封。
3.根据权利要求1所述的一种光纤温度测量装置，其特征在于，所述镀银膜反射光纤端的折射率溶液包层椭圆微纳光纤设置在可控温度的环境中；
逐渐改变环境中的温度，所述光谱仪采集输出的光谱，记录干涉梳状谱；
计算所述干涉梳状谱漂移的长度，拟合所述干涉梳状谱漂移随温度的变化的关系曲线图；
根据所述关系曲线图对待测环境进行温度测量。
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