CN109520637A - 基于锁模光纤激光器的温度传感解调装置及解调方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于锁模光纤激光器的温度传感解调装置及解调方法，锁模光纤激光器包括激光谐振腔、温度传感光纤、电光调制器和光纤耦合器，温度传感解调装置包括光电探测器、射频带通滤波器、电功率计和温度解调器，其中，光电探测器用于输出第一电信号；射频带通滤波器用于滤波处理以输出第二电信号；电功率计用于测量第二电信号的功率；温度解调器用于扫描微波信号频率，并获取第二电信号的最大功率对应的微波信号频率，以及根据最大功率对应的微波信号频率和微波信号源所发射的微波信号基准频率获得温度传感光纤感应的温度变化信息；从而实现防电磁干扰的远距离温度测量；同时，降低了温度传感设备的制造成本和结构复杂度。
Description
技术领域
本发明涉及温度传感解调技术领域，特别涉及一种基于锁模光纤激光器的温度传感解调装置及解调方法。
背景技术
光纤传感器具有体积小，重量轻，易于实现远距离和分布式测量、防爆、电绝缘以及防电磁干扰等特性，因而被广泛应用于温度、应力和折射率的远距离测量领域中。
现有技术中，多采用迈克尔逊光纤干涉仪、马赫-曾德尔光纤干涉仪的结构进行干涉光谱中波长变化的测量，进而通过干涉光谱中波长的变化判断温度的变化信息；然而，通过这些测量方式对光学滤波器的性能要求较高，进而导致实施成本增加，并且，其结构复杂，难以在实际运用中得到普及。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种基于锁模光纤激光器的温度传感解调装置，能够实现防电磁干扰的远距离温度测量，且带宽大、损耗低；同时，降低了温度传感设备的制造成本和结构复杂度，利于光纤温度传感器解调技术的量产和推广。
本发明的第二个目的在于提出一种基于锁模光纤激光器的温度传感解调方法。
为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种基于锁模光纤激光器的温度传感解调装置，锁模光纤激光器包括激光谐振腔、温度传感光纤、电光调制器和光纤耦合器，温度传感光纤设置在激光谐振腔中，温度传感光纤通过感应温度变化以引起激光谐振腔的光程进行改变，电光调制器的电驱动端与微波信号源相连，电光调制器用于根据微波信号源发射的微波信号对经过温度传感光纤的光信号进行调制，微波信号源发射的微波信号频率响应激光谐振腔的光程改变可调谐，锁模光纤激光器根据调制后的光信号形成锁模激光，并通过光纤耦合器对锁模激光进行耦合输出，温度传感解调装置包括光电探测器、射频带通滤波器、电功率计和温度解调器，其中，光电探测器的输入端与光纤耦合器的第一输出端相连，光电探测器的输出端与射频带通滤波器的输入端相连，射频带通滤波器的输出端与电功率计的输入端相连；光电探测器用于对光纤耦合器耦合输出的锁模激光进行光电转换以输出第一电信号；射频带通滤波器用于对第一电信号进行滤波处理以输出第二电信号；电功率计用于测量第二电信号的功率；温度解调器用于扫描微波信号源所发射的微波信号频率，并根据电功率计测量的第二电信号的最大功率获取对应的微波信号频率，以及根据最大功率对应的微波信号频率和微波信号源所发射的微波信号基准频率获得温度传感光纤感应的温度变化信息。
根据本发明实施例的基于锁模光纤激光器的温度传感解调装置，锁模光纤激光器包括激光谐振腔、温度传感光纤、电光调制器和光纤耦合器，温度传感光纤设置在激光谐振腔中，温度传感光纤通过感应温度变化以引起激光谐振腔的光程进行改变，电光调制器的电驱动端与微波信号源相连，电光调制器用于根据微波信号源发射的微波信号对经过温度传感光纤的光信号进行调制，微波信号源发射的微波信号频率响应激光谐振腔的光程改变可调谐，锁模光纤激光器根据调制后的光信号形成锁模激光，并通过光纤耦合器对锁模激光进行耦合输出，温度传感解调装置包括光电探测器、射频带通滤波器、电功率计和温度解调器，其中，光电探测器的输入端与光纤耦合器的第一输出端相连，光电探测器的输出端与射频带通滤波器的输入端相连，射频带通滤波器的输出端与电功率计的输入端相连；光电探测器用于对光纤耦合器耦合输出的锁模激光进行光电转换以输出第一电信号；射频带通滤波器用于对第一电信号进行滤波处理以输出第二电信号；电功率计用于测量第二电信号的功率；温度解调器用于扫描微波信号源所发射的微波信号频率，并根据电功率计测量的第二电信号的最大功率获取对应的微波信号频率，以及根据最大功率对应的微波信号频率和微波信号源所发射的微波信号基准频率获得温度传感光纤感应的温度变化信息；从而实现防电磁干扰的远距离温度测量，且带宽大、损耗低；同时，降低了温度传感设备的制造成本和结构复杂度，利于光纤温度传感器解调技术的量产和推广。
另外，根据本发明上述实施例提出的基于锁模光纤激光器的温度传感解调装置还可以具有如下附加的技术特征：
可选地，锁模光纤激光器还包括光放大器、光滤波器和光隔离器，光放大器的输入端与光纤耦合器的第二输出端相连，光放大器的输出端与温度传感光纤的一端相连，温度传感光纤的另一端与电光调制器的光输入端相连，电光调制器的光输出端与光滤波器的输入端相连，光滤波器的输出端与光隔离器的输入端相连，光隔离器的输出端与光纤耦合器的输入端相连，其中，通过光放大器进行放大发射的光，经过温度传感光纤、电光调制器、光滤波器、光隔离器和光纤耦合器后形成锁模激光。
可选地，光纤耦合器为90:10光纤耦合器，光纤耦合器的第一输出端为10％输出端口，光纤耦合器的第二输出端为90％输出端口，光放大器为掺铒光纤放大器。
可选地，温度解调器还用于设置温度传感光纤的基准温度，以便根据温度传感光纤的基准温度所对应的激光谐振腔的光程获取微波信号基准频率。
可选地，温度解调器根据以下公式获得温度传感光纤感应的温度变化信息：
其中，Δf为微波信号频率的变化值，f2为最大功率对应的微波信号频率，f1为微波信号基准频率，m为通带阶数，c为真空中的光速，L1为温度传感光纤的长度，L2为激光谐振腔减去温度传感光纤之外的长度，ΔT为温度改变量，n为光纤有效折射率，ζ为光纤的热光系数。
为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种基于锁模光纤激光器的温度传感解调方法，锁模光纤激光器包括激光谐振腔、温度传感光纤、电光调制器和光纤耦合器，温度传感光纤设置在激光谐振腔中，温度传感光纤通过感应温度变化以引起激光谐振腔的光程进行改变，电光调制器的电驱动端与微波信号源相连，电光调制器用于根据微波信号源发射的微波信号对经过温度传感光纤的光信号进行调制，微波信号源发射的微波信号频率响应激光谐振腔的光程改变可调谐，锁模光纤激光器根据调制后的光信号形成锁模激光，并通过光纤耦合器对锁模激光进行耦合输出，温度传感解调方法包括以下步骤：通过光电探测器对光纤耦合器耦合输出的锁模激光进行光电转换以输出第一电信号；通过射频带通滤波器对第一电信号进行滤波处理以输出第二电信号，并测量第二电信号的功率；扫描微波信号源所发射的微波信号频率，并根据测量的第二电信号的最大功率获取对应的微波信号频率，以及根据最大功率对应的微波信号频率和微波信号源所发射的微波信号基准频率获得温度传感光纤感应的温度变化信息。
根据本发明实施例的基于锁模光纤激光器的温度传感解调方法，锁模光纤激光器包括激光谐振腔、温度传感光纤、电光调制器和光纤耦合器，温度传感光纤设置在激光谐振腔中，温度传感光纤通过感应温度变化以引起激光谐振腔的光程进行改变，电光调制器的电驱动端与微波信号源相连，电光调制器用于根据微波信号源发射的微波信号对经过温度传感光纤的光信号进行调制，微波信号源发射的微波信号频率响应激光谐振腔的光程改变可调谐，锁模光纤激光器根据调制后的光信号形成锁模激光，并通过光纤耦合器对锁模激光进行耦合输出，温度传感解调方法包括以下步骤：首先，通过光电探测器对光纤耦合器耦合输出的锁模激光进行光电转换以输出第一电信号；接着，通过射频带通滤波器对第一电信号进行滤波处理以输出第二电信号，并测量第二电信号的功率；然后，扫描微波信号源所发射的微波信号频率，并根据测量的第二电信号的最大功率获取对应的微波信号频率，以及根据最大功率对应的微波信号频率和微波信号源所发射的微波信号基准频率获得温度传感光纤感应的温度变化信息；从而实现防电磁干扰的远距离温度测量，且带宽大、损耗低；同时，降低了温度传感设备的制造成本和结构复杂度，利于光纤温度传感器解调技术的量产和推广。
另外，根据本发明上述实施例提出的基于锁模光纤激光器的温度传感解调方法还可以具有如下附加的技术特征：
可选地，所述锁模光纤激光器还包括光放大器、光滤波器和光隔离器，所述光电探测器的输入端与所述光纤耦合器的第一输出端相连，所述光放大器的输入端与所述光纤耦合器的第二输出端相连，所述光放大器的输出端与所述温度传感光纤的一端相连，所述温度传感光纤的另一端与所述电光调制器的光输入端相连，所述电光调制器的光输出端与所述光滤波器的输入端相连，所述光滤波器的输出端与所述光隔离器的输入端相连，所述光隔离器的输出端与所述光纤耦合器的输入端相连，其中，通过所述光放大器进行放大发射的光，经过所述温度传感光纤、所述电光调制器、所述光滤波器、所述光隔离器和所述光纤耦合器后形成所述锁模激光。
可选地，所述光纤耦合器为90:10光纤耦合器，所述光纤耦合器的第一输出端为10％输出端口，所述光纤耦合器的第二输出端为90％输出端口，所述光放大器为掺铒光纤放大器。
可选地，还包括：设置所述温度传感光纤的基准温度，以便根据所述温度传感光纤的基准温度所对应的激光谐振腔的光程获取所述微波信号基准频率。
可选地，根据以下公式获得所述温度传感光纤感应的温度变化信息：
其中，Δf为微波信号频率的变化值，f2为最大功率对应的微波信号频率，f1为微波信号基准频率，m为通带阶数，c为真空中的光速，L1为温度传感光纤的长度，L2为激光谐振腔减去温度传感光纤之外的长度，ΔT为温度改变量，n为光纤有效折射率，ζ为光纤的热光系数。
附图说明
图1为根据本发明实施例的基于锁模光纤激光器的温度传感解调装置的结构示意图；
图2为根据本发明实施例的基于锁模光纤激光器的温度传感解调方法的流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在现有的光纤温度传感装置中，多采用迈克尔逊光纤干涉仪、马赫-曾德尔光纤干涉仪的结构进行干涉光谱中波长变化的测量，进而通过干涉光谱中波长的变化判断温度的变化信息，这种测量方式对光学滤波器的性能要求较高，进而导致实施成本增加，且结构复杂，根据本发明实施例的基于锁模光纤激光器的温度传感解调装置，锁模光纤激光器包括激光谐振腔、温度传感光纤、电光调制器和光纤耦合器，温度传感光纤设置在激光谐振腔中，温度传感光纤通过感应温度变化以引起激光谐振腔的光程进行改变，电光调制器的电驱动端与微波信号源相连，电光调制器用于根据微波信号源发射的微波信号对经过温度传感光纤的光信号进行调制，微波信号源发射的微波信号频率响应激光谐振腔的光程改变可调谐，锁模光纤激光器根据调制后的光信号形成锁模激光，并通过光纤耦合器对锁模激光进行耦合输出，温度传感解调装置包括光电探测器、射频带通滤波器、电功率计和温度解调器，其中，光电探测器的输入端与光纤耦合器的第一输出端相连，光电探测器的输出端与射频带通滤波器的输入端相连，射频带通滤波器的输出端与电功率计的输入端相连；光电探测器用于对光纤耦合器耦合输出的锁模激光进行光电转换以输出第一电信号；射频带通滤波器用于对第一电信号进行滤波处理以输出第二电信号；电功率计用于测量第二电信号的功率；温度解调器用于扫描微波信号源所发射的微波信号频率，并根据电功率计测量的第二电信号的最大功率获取对应的微波信号频率，以及根据最大功率对应的微波信号频率和微波信号源所发射的微波信号基准频率获得温度传感光纤感应的温度变化信息；从而实现防电磁干扰的远距离温度测量，且带宽大、损耗低；同时，降低了温度传感设备的制造成本和结构复杂度，利于光纤温度传感器解调技术的量产和推广。
为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
图1为根据本发明实施例提出的基于锁模光纤激光器的温度传感解调装置，如图1所示，该基于锁模光纤激光器的温度传感解调装置包括：锁模光纤激光器10、微波信号源20和温度传感解调装置30。
其中，锁模光纤激光器10包括激光谐振腔11、温度传感光纤12、电光调制器13和光纤耦合器14。温度传感光纤12设置在激光谐振腔11中，温度传感光纤12通过感应温度变化以引起激光谐振腔11的光程进行改变，电光调制器13的电驱动端与微波信号源20相连，电光调制器13用于根据微波信号源20发射的微波信号对经过温度传感光纤12的光信号进行调制，微波信号源20发射的微波信号频率响应激光谐振腔11的光程改变可调谐，锁模光纤激光器10根据调制后的光信号形成锁模激光，并通过光纤耦合器14对锁模激光进行耦合输出。
也就是说，在激光谐振腔11中设置温度传感光纤12，以通过温度传感光纤12对温度变化进行感应，从而使得激光谐振腔11的光程可以根据温度变化而发生改变，并根据温度的变化通过温度传感光纤12向电光调制器13输出与温度对应光程的光信号；电光调制器13在接收到温度传感光纤12输出的光信号之后，根据与其电驱动端相连的微波信号源20发射的微波信号对该光信号进行调制，从而，锁模光纤激光器10根据调制后的光信号形成锁模激光，并通过光纤耦合器14对锁模激光进行耦合输出；其中，微波信号源20发射的微波信号频率响应激光谐振腔11的光程改变可调谐。
在一些实施例中，锁模光纤激光器10还包括光放大器15、光滤波器16和光隔离器17，光放大器15的输入端与光纤耦合器14的第二输出端相连，光放大器15的输出端与温度传感光纤12的一端相连，温度传感光纤12的另一端与电光调制器13的光输入端相连，电光调制器13的光输出端与光滤波器16的输入端相连，光滤波器16的输出端与光隔离器17的输入端相连，光隔离器17的输出端与光纤耦合器的输入端相连，其中，通过光放大器15进行放大发射的光，经过温度传感光纤12、电光调制器13、光滤波器16、光隔离器17和光纤耦合器14后形成锁模激光。
其中，光放大器15的选择方式可以有多种，例如，光纤放大器、拉曼光放大器。
作为一个示例，光放大器15为掺铒光纤放大器，以通过掺铒光纤放大器对光进行放大。
其中，光纤耦合器14的耦合比可以有多种。
作为一种示例，光纤耦合器14为90:10光纤耦合器，光纤耦合器14的第一输出端为10％输出端口，光纤耦合器14的第二输出端为90％输出端口。
也就是说，该90:10光纤耦合器的10％输出端口与光电探测器31的输入端相连，以向光电探测器31输出耦合后的锁模激光，该10％90:10光纤耦合器的90％输出端口与光放大器15的输入端相连，以通过90％输出端口接收经光放大器15放大后的光信号。
温度传感解调装置30包括光电探测器31、射频带通滤波器32、电功率计33和温度解调器(图中未示出)。
其中，光电探测器31的输入端与光纤耦合器14的第一输出端相连，光电探测器31的输出端与射频带通滤波器32的输入端相连，射频带通滤波器32的输出端与电功率计33的输入端相连。
也就是说，光电探测器31的输入端与光纤耦合器14的第一输出端相连，以接收光纤耦合器14耦合输出的锁模激光，并对接收到的锁模激光进行光电转换以输出第一电信号；接着，光电探测器31的输出端与射频带通滤波器32的输入端相连，以将光电转换之后获得的第一电信号输出给射频带通滤波器32，并通过射频带通滤波器32将第一电信号进行滤波处理，以输出第二电信号；然后，射频带通滤波器32的输出端与电功率计33的输入端相连，以将第二电信号输出给电功率计33，电功率计33对接收到的第二电信号的功率进行测量，以获取该第二电信号的功率。
作为一种示例，在通过光电探测器31进行光电转换得到周期性的第一电信号输出之后，可调谐射频带通滤波器使其对准指定阶数的滤波器通带，从而输出指定的第二电信号。
温度解调器用于扫描微波信号源20所发射的微波信号频率，并根据电功率计33测量的第二电信号的最大功率获取对应的微波信号频率，以及根据最大功率对应的微波信号频率和微波信号源20所发射的微波信号基准频率获得温度传感光纤12感应的温度变化信息。
也就是说，温度解调器用于扫描微波信号源20所发射的微波信号的频率，并在当电功率计33测量到的第二电信号的功率为最大功率时，获取该最大功率对应的微波信号频率；以及根据该最大功率对应的微波信号频率和微波信号源20发射的微波信号基准频率进行温度变化量的计算，以获得温度传感光纤12感应的温度变化信息。
在一些实施例中，温度解调器还用于设置温度传感光纤12的基准温度，以便根据温度传感光纤12的基准温度所对应的激光谐振腔11的光程获取微波信号基准频率。
作为一种示例，首先，设置传感光纤的基准温度为T0，并通过电光调制器13将微波信号源20发射的微波信号调制到光信号上，其中，该微波信号频率相应激光谐振腔11的光程改变可调谐，从而，在扫描该可调谐的微波信号频率之后，可判断锁模激光的输出是否稳定，并在锁模激光的输出稳定之后，通过光电探测器31进行光电转换得到周期性的输出；接着，调谐射频带通滤波器32对准第m阶滤波器通带，使得电功率计33测量得到的第二信号的功率为最大功率，此时，可获取到微波信号基准频率f1，该微波信号基准频率f1通过一下公式计算获得：
f1＝mΔν＝mc/(nL)
其中，f1为微波信号基准频率，m为通带阶数，c为真空中的光速，n为光纤有效折射率，L为整个激光谐振腔的长度；L1为温度传感光纤的长度，L2为激光谐振腔除去温度传感光纤之外的长度，并且，L＝L1+L2。
在一些实施例中，当温度传感光纤12感应到温度发生变化时，温度解调器34根据以下公式获得温度传感光纤12感应的温度变化信息：
其中，Δf为微波信号频率的变化值，f2为最大功率对应的微波信号频率，f1为微波信号基准频率，m为通带阶数，c为真空中的光速，L1为温度传感光纤的长度，L2为激光谐振腔减去温度传感光纤之外的长度，ΔT为温度改变量，n为光纤有效折射率，ζ为光纤的热光系数。
综上所述，根据本发明实施例提出的基于锁模光纤激光器的温度传感解调装置，锁模光纤激光器包括激光谐振腔、温度传感光纤、电光调制器和光纤耦合器，温度传感光纤设置在激光谐振腔中，温度传感光纤通过感应温度变化以引起激光谐振腔的光程进行改变，电光调制器的电驱动端与微波信号源相连，电光调制器用于根据微波信号源发射的微波信号对经过温度传感光纤的光信号进行调制，微波信号源发射的微波信号频率响应激光谐振腔的光程改变可调谐，锁模光纤激光器根据调制后的光信号形成锁模激光，并通过光纤耦合器对锁模激光进行耦合输出，温度传感解调装置包括光电探测器、射频带通滤波器、电功率计和温度解调器，其中，光电探测器的输入端与光纤耦合器的第一输出端相连，光电探测器的输出端与射频带通滤波器的输入端相连，射频带通滤波器的输出端与电功率计的输入端相连；光电探测器用于对光纤耦合器耦合输出的锁模激光进行光电转换以输出第一电信号；射频带通滤波器用于对第一电信号进行滤波处理以输出第二电信号；电功率计用于测量第二电信号的功率；温度解调器用于扫描微波信号源所发射的微波信号频率，并根据电功率计测量的第二电信号的最大功率获取对应的微波信号频率，以及根据最大功率对应的微波信号频率和微波信号源所发射的微波信号基准频率获得温度传感光纤感应的温度变化信息；从而实现防电磁干扰的远距离温度测量，且带宽大、损耗低；同时，降低了温度传感设备的制造成本和结构复杂度，利于光纤温度传感器解调技术的量产和推广。
为了实现上述实施例，如图2所示，本发明实施例还提出了一种基于锁模光纤激光器的温度传感解调方法，锁模光纤激光器包括激光谐振腔、温度传感光纤、电光调制器和光纤耦合器，温度传感光纤设置在激光谐振腔中，温度传感光纤通过感应温度变化以引起激光谐振腔的光程进行改变，电光调制器的电驱动端与微波信号源相连，电光调制器用于根据微波信号源发射的微波信号对经过温度传感光纤的光信号进行调制，微波信号源发射的微波信号频率响应激光谐振腔的光程改变可调谐，锁模光纤激光器根据调制后的光信号形成锁模激光，并通过光纤耦合器对锁模激光进行耦合输出，温度传感解调方法包括以下步骤：
S101，通过光电探测器对光纤耦合器耦合输出的锁模激光进行光电转换以输出第一电信号。
也就是说，锁模光纤激光器在生成锁模激光之后，将该锁模激光输出给光电探测器，已通过该光电探测器对锁模激光进行光电转换，并输出第一电信号。
在一些实施例中，锁模光纤激光器还包括光放大器、光滤波器和光隔离器，光电探测器的输入端与光纤耦合器的第一输出端相连，光放大器的输入端与光纤耦合器的第二输出端相连，光放大器的输出端与温度传感光纤的一端相连，温度传感光纤的另一端与电光调制器的光输入端相连，电光调制器的光输出端与光滤波器的输入端相连，光滤波器的输出端与光隔离器的输入端相连，光隔离器的输出端与光纤耦合器的输入端相连，其中，
通过光放大器进行放大发射的光，经过温度传感光纤、电光调制器、光滤波器、光隔离器和光纤耦合器后形成锁模激光。
作为一种示例，光纤耦合器为90:10光纤耦合器，光纤耦合器的第一输出端为10％输出端口，光纤耦合器的第二输出端为90％输出端口，光放大器为掺铒光纤放大器。
S102，通过射频带通滤波器对第一电信号进行滤波处理以输出第二电信号，并测量第二电信号的功率。
即言，光电探测器对锁模激光进行光电转换并生成第一电信号之后，将第一电信号输出给射频带通滤波器，以通过射频带通滤波器对第一电信号进行滤波处理，以输出第二电信号，然后，通过电功率计对第二电信号的功率进行测量，以获取第二电信号的功率。
S103，扫描微波信号源所发射的微波信号频率，并根据测量的第二电信号的最大功率获取对应的微波信号频率，以及根据最大功率对应的微波信号频率和微波信号源所发射的微波信号基准频率获得温度传感光纤感应的温度变化信息。
即言，对微波信号源发射的微波信号频率进行扫描，并在电功率计所测量得到的第二电信号的功率为最大功率时，获取当前最大功率对应的微波信号频率，以根据最大功率对应的微波信号频率和微波信号源所发射的微波信号基准频率获得温度传感光纤感应的温度变化信息。
作为一种示例，当电功率计测量所得第二电信号的功率为最大功率时，根据以下公式获得温度传感光纤感应的温度变化信息：
其中，Δf为微波信号频率的变化值，f2为最大功率对应的微波信号频率，f1为微波信号基准频率，m为通带阶数，c为真空中的光速，L1为温度传感光纤的长度，L2为激光谐振腔减去温度传感光纤之外的长度，ΔT为温度改变量，n为光纤有效折射率，ζ为光纤的热光系数。
综上所述，根据本发明实施例的基于锁模光纤激光器的温度传感解调方法，锁模光纤激光器包括激光谐振腔、温度传感光纤、电光调制器和光纤耦合器，温度传感光纤设置在激光谐振腔中，温度传感光纤通过感应温度变化以引起激光谐振腔的光程进行改变，电光调制器的电驱动端与微波信号源相连，电光调制器用于根据微波信号源发射的微波信号对经过温度传感光纤的光信号进行调制，微波信号源发射的微波信号频率响应激光谐振腔的光程改变可调谐，锁模光纤激光器根据调制后的光信号形成锁模激光，并通过光纤耦合器对锁模激光进行耦合输出，温度传感解调方法包括以下步骤：首先，通过光电探测器对光纤耦合器耦合输出的锁模激光进行光电转换以输出第一电信号；接着，通过射频带通滤波器对第一电信号进行滤波处理以输出第二电信号，并测量第二电信号的功率；然后，扫描微波信号源所发射的微波信号频率，并根据测量的第二电信号的最大功率获取对应的微波信号频率，以及根据最大功率对应的微波信号频率和微波信号源所发射的微波信号基准频率获得温度传感光纤感应的温度变化信息；从而实现防电磁干扰的远距离温度测量，且带宽大、损耗低；同时，降低了温度传感设备的制造成本和结构复杂度，利于光纤温度传感器解调技术的量产和推广。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种基于锁模光纤激光器的温度传感解调装置，其特征在于，所述锁模光纤激光器包括激光谐振腔、温度传感光纤、电光调制器和光纤耦合器，所述温度传感光纤设置在所述激光谐振腔中，所述温度传感光纤通过感应温度变化以引起所述激光谐振腔的光程进行改变，所述电光调制器的电驱动端与微波信号源相连，所述电光调制器用于根据所述微波信号源发射的微波信号对经过所述温度传感光纤的光信号进行调制，所述微波信号源发射的微波信号频率响应所述激光谐振腔的光程改变可调谐，所述锁模光纤激光器根据调制后的光信号形成锁模激光，并通过所述光纤耦合器对所述锁模激光进行耦合输出，所述温度传感解调装置包括光电探测器、射频带通滤波器、电功率计和温度解调器，其中，
所述光电探测器的输入端与所述光纤耦合器的第一输出端相连，所述光电探测器的输出端与所述射频带通滤波器的输入端相连，所述射频带通滤波器的输出端与所述电功率计的输入端相连；
所述光电探测器用于对所述光纤耦合器耦合输出的锁模激光进行光电转换以输出第一电信号；
所述射频带通滤波器用于对所述第一电信号进行滤波处理以输出第二电信号；
所述电功率计用于测量所述第二电信号的功率；
所述温度解调器用于扫描所述微波信号源所发射的微波信号频率，并根据所述电功率计测量的第二电信号的最大功率获取对应的微波信号频率，以及根据所述最大功率对应的微波信号频率和所述微波信号源所发射的微波信号基准频率获得所述温度传感光纤感应的温度变化信息。
2.如权利要求1所述的基于锁模光纤激光器的温度传感解调装置，其特征在于，所述锁模光纤激光器还包括光放大器、光滤波器和光隔离器，所述光放大器的输入端与所述光纤耦合器的第二输出端相连，所述光放大器的输出端与所述温度传感光纤的一端相连，所述温度传感光纤的另一端与所述电光调制器的光输入端相连，所述电光调制器的光输出端与所述光滤波器的输入端相连，所述光滤波器的输出端与所述光隔离器的输入端相连，所述光隔离器的输出端与所述光纤耦合器的输入端相连，其中，通过所述光放大器进行放大发射的光，经过所述温度传感光纤、所述电光调制器、所述光滤波器、所述光隔离器和所述光纤耦合器后形成所述锁模激光。
3.如权利要求2所述的基于锁模光纤激光器的温度传感解调装置，其特征在于，所述光纤耦合器为90:10光纤耦合器，所述光纤耦合器的第一输出端为10％输出端口，所述光纤耦合器的第二输出端为90％输出端口，所述光放大器为掺铒光纤放大器。
4.如权利要求1-3中任一项所述的基于锁模光纤激光器的温度传感解调装置，其特征在于，所述温度解调器还用于设置所述温度传感光纤的基准温度，以便根据所述温度传感光纤的基准温度所对应的激光谐振腔的光程获取所述微波信号基准频率。
5.如权利要求4所述的基于锁模光纤激光器的温度传感解调装置，其特征在于，所述温度解调器根据以下公式获得所述温度传感光纤感应的温度变化信息：
其中，Δf为微波信号频率的变化值，f2为最大功率对应的微波信号频率，f1为微波信号基准频率，m为通带阶数，c为真空中的光速，L1为温度传感光纤的长度，L2为激光谐振腔减去温度传感光纤之外的长度，ΔT为温度改变量，n为光纤有效折射率，ζ为光纤的热光系数。
6.一种基于锁模光纤激光器的温度传感解调方法，其特征在于，所述锁模光纤激光器包括激光谐振腔、温度传感光纤、电光调制器和光纤耦合器，所述温度传感光纤设置在所述激光谐振腔中，所述温度传感光纤通过感应温度变化以引起所述激光谐振腔的光程进行改变，所述电光调制器的电驱动端与微波信号源相连，所述电光调制器用于根据所述微波信号源发射的微波信号对经过所述温度传感光纤的光信号进行调制，所述微波信号源发射的微波信号频率响应所述激光谐振腔的光程改变可调谐，所述锁模光纤激光器根据调制后的光信号形成锁模激光，并通过所述光纤耦合器对所述锁模激光进行耦合输出，所述温度传感解调方法包括以下步骤：
通过光电探测器对所述光纤耦合器耦合输出的锁模激光进行光电转换以输出第一电信号；
通过射频带通滤波器对所述第一电信号进行滤波处理以输出第二电信号，并测量所述第二电信号的功率；
扫描所述微波信号源所发射的微波信号频率，并根据测量的第二电信号的最大功率获取对应的微波信号频率，以及根据所述最大功率对应的微波信号频率和所述微波信号源所发射的微波信号基准频率获得所述温度传感光纤感应的温度变化信息。
7.如权利要求6所述的基于锁模光纤激光器的温度传感解调方法，其特征在于，所述锁模光纤激光器还包括光放大器、光滤波器和光隔离器，所述光电探测器的输入端与所述光纤耦合器的第一输出端相连，所述光放大器的输入端与所述光纤耦合器的第二输出端相连，所述光放大器的输出端与所述温度传感光纤的一端相连，所述温度传感光纤的另一端与所述电光调制器的光输入端相连，所述电光调制器的光输出端与所述光滤波器的输入端相连，所述光滤波器的输出端与所述光隔离器的输入端相连，所述光隔离器的输出端与所述光纤耦合器的输入端相连，其中，
通过所述光放大器进行放大发射的光，经过所述温度传感光纤、所述电光调制器、所述光滤波器、所述光隔离器和所述光纤耦合器后形成所述锁模激光。
8.如权利要求7所述的基于锁模光纤激光器的温度传感解调方法，其特征在于，所述光纤耦合器为90:10光纤耦合器，所述光纤耦合器的第一输出端为10％输出端口，所述光纤耦合器的第二输出端为90％输出端口，所述光放大器为掺铒光纤放大器。
9.如权利要求6-8中任一项所述的基于锁模光纤激光器的温度传感解调方法，其特征在于，还包括：
设置所述温度传感光纤的基准温度，以便根据所述温度传感光纤的基准温度所对应的激光谐振腔的光程获取所述微波信号基准频率。
10.如权利要求9所述的基于锁模光纤激光器的温度传感解调方法，其特征在于，根据以下公式获得所述温度传感光纤感应的温度变化信息：
其中，Δf为微波信号频率的变化值，f2为最大功率对应的微波信号频率，f1为微波信号基准频率，m为通带阶数，c为真空中的光速，L1为温度传感光纤的长度，L2为激光谐振腔减去温度传感光纤之外的长度，ΔT为温度改变量，n为光纤有效折射率，ζ为光纤的热光系数。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020025097A1 (en) * | 1999-10-07 | 2002-02-28 | Cooper David J.F. | Method and devices for time domain demultiplexing of serial fiber bragg grating sensor arrays |
| CN101478108A (zh) * | 2009-01-08 | 2009-07-08 | 浙江大学 | 提高有理数谐波锁模激光器产生微波频谱纯度方法及装置 |
| US7665891B1 (en) * | 2007-09-20 | 2010-02-23 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Differential temperature sensor system and method |
| CN102636694A (zh) * | 2012-05-11 | 2012-08-15 | 厦门大学 | 基于单响应微波光子滤波器的频率测量装置和测量方法 |
| CN104568219A (zh) * | 2015-01-15 | 2015-04-29 | 厦门大学 | 一种基于单通带微波光子滤波器的温度测量装置及方法 |
| CN105043526A (zh) * | 2015-05-27 | 2015-11-11 | 浙江大学 | 一种基于光电振荡器的振动传感装置 |
| CN107045161A (zh) * | 2017-03-28 | 2017-08-15 | 南京信息职业技术学院 | 一种多纵模光纤激光器传感复用*** |
-
2019
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020025097A1 (en) * | 1999-10-07 | 2002-02-28 | Cooper David J.F. | Method and devices for time domain demultiplexing of serial fiber bragg grating sensor arrays |
| US7665891B1 (en) * | 2007-09-20 | 2010-02-23 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Differential temperature sensor system and method |
| CN101478108A (zh) * | 2009-01-08 | 2009-07-08 | 浙江大学 | 提高有理数谐波锁模激光器产生微波频谱纯度方法及装置 |
| CN102636694A (zh) * | 2012-05-11 | 2012-08-15 | 厦门大学 | 基于单响应微波光子滤波器的频率测量装置和测量方法 |
| CN104568219A (zh) * | 2015-01-15 | 2015-04-29 | 厦门大学 | 一种基于单通带微波光子滤波器的温度测量装置及方法 |
| CN105043526A (zh) * | 2015-05-27 | 2015-11-11 | 浙江大学 | 一种基于光电振荡器的振动传感装置 |
| CN107045161A (zh) * | 2017-03-28 | 2017-08-15 | 南京信息职业技术学院 | 一种多纵模光纤激光器传感复用*** |
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