CN109580038B - 基于微波光子滤波器的温度传感解调装置及解调方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于微波光子滤波器的温度传感解调装置及解调方法，微波光子滤波器包括多波长光纤激光器和色散光纤，用以形成激光，并对激光进行耦合输出；温度传感解调装置包括电光调制器、微波信号源、光电探测器、电功率计和温度解调器；电光调制器用于调制耦合激光，以输出调制光信号；色散光纤用于对调制光信号进行采样时延以输出时延光信号；光电探测器用于对时延光信号进行恢复以获得电信号；电功率计用于测量电信号的功率；温度解调器用于扫描微波信号频率，并根据电功率计测量的电信号的最大功率获取对应的微波信号频率，以及获得光纤传感器感应的温度变化信息；从而通过简便的结构实现光纤温度传感与解调，同时，降低所需成本。

Description

基于微波光子滤波器的温度传感解调装置及解调方法

技术领域

本发明涉及光纤传感解调技术领域，特别涉及一种基于微波光子滤波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微波光子滤波器的温度传感解调装置，结构简便，便于量化生产，且制造成本低，有利于光纤温度传感与解调技术的推广。

本发明的第二个目的在于提出一种基于微波光子滤波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微波光子滤波器的温度传感解调装置，微波光子滤波器包括多波长光纤激光器和色散光纤，多波长光纤激光器包括光纤传感器和光纤耦合器，多波长光纤激光器通过光纤传感器感应温度信号以形成激光，并通过光纤耦合器对激光进行耦合输出，温度传感解调装置包括电光调制器、微波信号源、光电探测器、电功率计和温度解调器，其中，电光调制器的光输入端口与光纤耦合器的第一输出端口相连，电光调制器的电驱动端口与微波信号源相连，电光调制器的光输出端口通过色散光纤与光电探测器的输入端相连，光电探测器的输出端与电功率计的输入端相连；电光调制器用于根据微波信号源发射的微波信号对光纤耦合器输出的耦合激光进行调制，以输出调制光信号；色散光纤用于对调制光信号进行采样、时延，以输出时延光信号；光电探测器用于对时延光信号进行恢复以获得电信号；电功率计用于测量电信号的功率；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获得光纤传感器感应的温度变化信息。

根据本发明实施例的基于微波光子滤波器的温度传感解调装置，微波光子滤波器包括多波长光纤激光器和色散光纤，多波长光纤激光器包括光纤传感器和光纤耦合器，多波长光纤激光器通过光纤传感器感应温度信号以形成激光，并通过光纤耦合器对激光进行耦合输出，温度传感解调装置包括电光调制器、微波信号源、光电探测器、电功率计和温度解调器，其中，电光调制器的光输入端口与光纤耦合器的第一输出端口相连，电光调制器的电驱动端口与微波信号源相连，电光调制器的光输出端口通过色散光纤与光电探测器的输入端相连，光电探测器的输出端与电功率计的输入端相连；电光调制器用于根据微波信号源发射的微波信号对光纤耦合器输出的耦合激光进行调制，以输出调制光信号；色散光纤用于对调制光信号进行采样、时延，以输出时延光信号；光电探测器用于对时延光信号进行恢复以获得电信号；电功率计用于测量电信号的功率；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获得光纤传感器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，带宽大，且通过简便的结构实现光纤温度传感与解调，适宜量化生产，同时，大大降低光纤温度传感与解调技术在推广过程中所需成本。

另外，根据本发明上述实施例提出的基于微波光子滤波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，所述多波长光纤激光器还包括光放大器和光隔离器，所述光放大器的输入端口与所述光纤传感器的输出端口相连，所述光放大器的输出端口与所述光隔离器的输入端口相连，所述光隔离器的输出端口与所述光纤耦合器的输入端口相连，所述光纤耦合器的第二输出端口与所述光纤传感器的输入端口相连，其中，通过所述光放大器进行放大的光，经过所述光隔离器、所述光纤耦合器和所述光纤传感器形成所述激光。

可选地，所述光纤传感器为干涉型光纤传感器，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口为10％输出端口，所述光纤耦合器的第二输出端口为90％输出端口，所述光放大器为半导体光放大器。

可选地，其特征在于，所述光纤传感器感应所述温度信号时，基于电光效应，所述光纤传感器感应的温度变化使得光纤折射率发生变化，以引起所述光纤传感器的两臂光程差进行变化，使得所述微波光子滤波器的通带中心频率发生变化，其中，当所述微波光子滤波器的通带中心频率与所述微波信号源所发射的微波信号频率相等时，所述电功率计测量的所述电信号的功率最大。

可选地，所述温度解调器根据以下公式获得所述光纤传感器感应的温度变化信息：

f_c＝(ξΔTL_s+nΔL)/(Dλ²)

其中，n为光纤有效折射率，ξ为光纤材料的热光系数，L_s为传感光纤长度，ΔL为干涉型光纤传感器两臂长度差，D为单位波长之间的时延，λ为中心波长，f_c为微波信号频率，ΔT为温度变化量。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种基于微波光子滤波器的温度传感解调方法，微波光子滤波器包括多波长光纤激光器和色散光纤，多波长光纤激光器包括光纤传感器和光纤耦合器，多波长光纤激光器通过光纤传感器感应温度信号以形成激光，并通过光纤耦合器对激光进行耦合输出，温度传感解调方法包括以下步骤：根据微波信号源发射的微波信号，通过电光调制器对光纤耦合器输出的耦合激光进行调制，以输出调制光信号；通过色散光纤对调制光信号进行采样、时延，以输出时延光信号；通过光电探测器对时延光信号进行恢复以获得电信号，并测量电信号的功率；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获得光纤传感器感应的温度变化信息。

根据本发明实施例的基于微波光子滤波器的温度传感解调方法，微波光子滤波器包括多波长光纤激光器和色散光纤，多波长光纤激光器包括光纤传感器和光纤耦合器，多波长光纤激光器通过光纤传感器感应温度信号以形成激光，并通过光纤耦合器对激光进行耦合输出，温度传感解调方法包括以下步骤：首先，根据微波信号源发射的微波信号，通过电光调制器对光纤耦合器输出的耦合激光进行调制，以输出调制光信号；接着，通过色散光纤对调制光信号进行采样、时延，以输出时延光信号；然后，通过光电探测器对时延光信号进行恢复以获得电信号，并测量电信号的功率；接着，扫描微波信号源所发射的微波信号频率，并根据测量的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获得光纤传感器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，带宽大，且通过简便的结构实现光纤温度传感与解调，适宜量化生产，同时，大大降低光纤温度传感与解调技术在推广过程中所需成本。

另外，根据本发明上述实施例提出的基于微波光子滤波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，所述多波长光纤激光器还包括光放大器和光隔离器，所述光放大器的输入端口与所述光纤传感器的输出端口相连，所述光放大器的输出端口与所述光隔离器的输入端口相连，所述光隔离器的输出端口与所述光纤耦合器的输入端口相连，所述光纤耦合器的第一输出端口与所述电光调制器的光输入端口相连，所述光纤耦合器的第二输出端口与所述光纤传感器的输入端口相连，其中，通过所述光放大器进行放大的光，经过所述光隔离器、所述光纤耦合器和所述光纤传感器形成所述激光。

可选地，所述光纤传感器为干涉型光纤传感器，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口为10％输出端口，所述光纤耦合器的第二输出端口为90％输出端口，所述光放大器为半导体光放大器。

可选地，所述光纤传感器感应所述温度信号时，基于电光效应，所述光纤传感器感应的温度变化使得光纤折射率发生变化，以引起所述光纤传感器的两臂光程差进行变化，使得所述微波光子滤波器的通带中心频率发生变化，其中，当所述微波光子滤波器的通带中心频率与所述微波信号源所发射的微波信号频率相等时，所述电功率计测量的所述电信号的功率最大。

可选地，根据以下公式获得所述光纤传感器感应的温度变化信息：

f_c＝(ξΔTL_s+nΔL)/(Dλ²)

其中，n为光纤有效折射率，ξ为光纤材料的热光系数，L_s为传感光纤长度，ΔL为干涉型光纤传感器两臂长度差，D为单位波长之间的时延，λ为中心波长，f_c为微波信号频率，ΔT为温度变化量。

附图说明

图1为根据本发明实施例的基于微波光子滤波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微波光子滤波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解调技术中，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，这种结构复杂，且实施成本高，不利于光纤温度传感与解调技术的推广；根据本发明实施例的基于微波光子滤波器的温度传感解调装置，，微波光子滤波器包括多波长光纤激光器和色散光纤，多波长光纤激光器包括光纤传感器和光纤耦合器，多波长光纤激光器通过光纤传感器感应温度信号以形成激光，并通过光纤耦合器对激光进行耦合输出，温度传感解调装置包括电光调制器、微波信号源、光电探测器、电功率计和温度解调器，其中，电光调制器的光输入端口与光纤耦合器的第一输出端口相连，电光调制器的电驱动端口与微波信号源相连，电光调制器的光输出端口通过色散光纤与光电探测器的输入端相连，光电探测器的输出端与电功率计的输入端相连；电光调制器用于根据微波信号源发射的微波信号对光纤耦合器输出的耦合激光进行调制，以输出调制光信号；色散光纤用于对调制光信号进行采样、时延，以输出时延光信号；光电探测器用于对时延光信号进行恢复以获得电信号；电功率计用于测量电信号的功率；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获得光纤传感器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，带宽大，且通过简便的结构实现光纤温度传感与解调，适宜量化生产，同时，大大降低光纤温度传感与解调技术在推广过程中所需成本。

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的基于微波光子滤波器的温度传感解调装置的结构示意图，如图1所示，该基于微波光子滤波器的温度传感解调装置包括：微波光子滤波器10和温度传感解调装置20。

其中，微波光子滤波器包括多波长光纤激光器11和色散光纤12，多波长光纤激光器11包括光纤传感器111和光纤耦合器112，多波长光纤激光器11通过光纤传感器111感应温度信号以形成激光，并通过光纤耦合器112对激光进行耦合输出。

也就是说，多波长光纤激光器11通过光纤传感器111对温度信号进行感应，以形成与温度信号对应的激光，并通过光纤耦合器112对形成的激光进行耦合输出，以形成耦合激光。

在一些实施例中，该基于微波光子滤波器的温度传感解调装置中，多波长光纤激光器11还包括光放大器113和光隔离器114，光放大器113的输入端口与光纤传感器111的输出端口相连，光放大器113的输出端口与光隔离器114的输入端口相连，光隔离器114的输出端口与光纤耦合器112的输入端口相连，光纤耦合器112的第二输出端口与光纤传感器111的输入端口相连，其中，通过光放大器进行放大的光，经过光隔离器114、光纤耦合器112和光纤传感器111形成激光。

其中，光纤传感器111的类型可以有多种，例如，根据光是否发生干涉可分为干涉型和非干涉型，根据被测对象的调制形式可分为强度调制型、偏振态制型、相位制型、频率制型等。

作为一种示例，该光纤传感器111为干涉型光纤传感器，该干涉型光纤传感器对温度信号进行感应，以根据感应到的温度信号改变干涉型光纤传感器的两臂长度差，从而生成与温度信号对应的激光；同时，该干涉型光纤传感器还作为波长选择性器件，即通过该干涉型光纤传感器进行光的波长的确定；需要说明的是，该干涉型光纤传感器对波长进行选择之后，多波长光纤激光器所形成的激光为多波长激光。

其中，光纤耦合器112的耦合比可以有多种。

作为一种示例，光纤耦合器112为90：10光纤耦合器，其中，光纤耦合器的第一输出端口为10％输出端口，光纤耦合器的第二输出端口为90％输出端口，即10％输出端口用于输出形成的耦合激光，90％输出端口与光纤传感器111的输入端口相连。

其中，光放大器113的选择方式可以有多种，例如，拉曼光放大器。

作为一种示例，光放大器113为半导体光放大器，以通过半导体光放大器对光进行放大处理，并在后续通过光隔离器降低反向光对光源的影响，从而保持光源谱的纯度。

温度传感解调装置20包括电光调制器21、微波信号源22、光电探测器23、电功率计24和温度解调器(图中未示出)。

其中，电光调制器21的光输入端口与光纤耦合器112的第一输出端口相连，电光调制器21的电驱动端口与微波信号源22相连，电光调制器21的光输出端口通过色散光纤12与光电探测器23的输入端相连，光电探测器23的输出端与电功率计24的输入端相连。

电光调制器21用于根据微波信号源22发射的微波信号对光纤耦合器112输出的耦合激光进行调制，以输出调制光信号。

色散光纤12用于对调制光信号进行采样、时延，以输出时延光信号。

光电探测器23用于对时延光信号进行恢复以获得电信号。

电功率计24用于测量电信号的功率，温度解调器用于扫描微波信号源22所发射的微波信号频率，并根据电功率计24的测量的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获得光纤传感器111感应的温度变化信息。

也就是说，光纤耦合器112的第一输出端口与电光调制器21的光输入端口相连，以将形成的耦合激光输出给电光调制器21，电光调制器21的电驱动端口与微波信号源22相连，以通过电光调制器21根据微波信号源22发射的微波信号对耦合激光进行调制，电光调制器21的光输出端口与色散光纤12的一端相连，以在耦合激光调制完成之后，将调制完成的调制光信号输入色散光纤12，色散光纤12的另一端与光电探测器23的输入端相连，以将色散光纤12进行采样和时延后的时延光信号输入光电探测器23，光电探测器23在接收到时延光信号之后，将该时延光信号恢复成为电信号，并通过电功率计24对该电信号的功率进行测量，以及在当测量到的功率为最大功率时，通过温度解调器获取该最大功率对应的当前微波信号频率，并根据最大功率对应的当前微波信号频率计算获得光纤传感器111感应到的温度变化信息。

需要说明的是，在光纤传感器111在感应温度信号的过程中，基于光电效应，当温度发生变化时，使得光纤折射率发生变化，从而引起光纤传感器111的两臂光程差产生变化，使得微波光子滤波器10的通带中心频率发生变化，其中，当微波光子滤波器10的通带中心频率与微波信号源22频率相等时，电功率计24测量的电信号的功率最大；从而，在电功率计24测量到的电信号的功率为最大功率时，即可通过温度解调器对微波信号源所发射的微波信号频率进行扫描，以根据扫描得到的微波信号频率获取温度的变化信息。

作为一种示例，温度解调器根据以下公式获得光纤传感器感应的温度变化信息：

f_c＝(ξΔTL_s+nΔL)/(Dλ²)

其中，n为光纤有效折射率，ξ为光纤材料的热光系数，L_s为传感光纤长度，ΔL为干涉型光纤传感器两臂长度差，D为单位波长之间的时延，λ为中心波长，f_c为微波信号频率，ΔT为温度变化量。

综上所述，根据本发明实施例的基于微波光子滤波器的温度传感解调装置，微波光子滤波器包括多波长光纤激光器和色散光纤，多波长光纤激光器包括光纤传感器和光纤耦合器，多波长光纤激光器通过光纤传感器感应温度信号以形成激光，并通过光纤耦合器对激光进行耦合输出，温度传感解调装置包括电光调制器、微波信号源、光电探测器、电功率计和温度解调器，其中，电光调制器的光输入端口与光纤耦合器的第一输出端口相连，电光调制器的电驱动端口与微波信号源相连，电光调制器的光输出端口通过色散光纤与光电探测器的输入端相连，光电探测器的输出端与电功率计的输入端相连；电光调制器用于根据微波信号源发射的微波信号对光纤耦合器输出的耦合激光进行调制，以输出调制光信号；色散光纤用于对调制光信号进行采样、时延，以输出时延光信号；光电探测器用于对时延光信号进行恢复以获得电信号；电功率计用于测量电信号的功率；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获得光纤传感器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，带宽大，且通过简便的结构实现光纤温度传感与解调，适宜量化生产，同时，大大降低光纤温度传感与解调技术在推广过程中所需成本。

为了实现上述实施例，如图2所示，本发明实施例还提出一种基于微波光子滤波器的温度传感解调方法，微波光子滤波器包括多波长光纤激光器和色散光纤，多波长光纤激光器包括光纤传感器和光纤耦合器，多波长光纤激光器通过光纤传感器感应温度信号以形成激光，并通过光纤耦合器对激光进行耦合输出，温度传感解调方法包括以下步骤：

S101，根据微波信号源发射的微波信号，通过电光调制器对光纤耦合器输出的耦合激光进行调制，以输出调制光信号；

即言，微波信号源发射微波信号，以便电光调制器根据微波信号源发射的微波信号对接收到的耦合激光进行调制，并在调制后从电光调制器的光输出端口输出调制光信号。需要说明的是，经过多波长光纤激光器发出的耦合激光为多波长激光。

S102，通过色散光纤对调制光信号进行采样、时延，以输出时延光信号；

S103，通过光电探测器对时延光信号进行恢复以获得电信号，并测量电信号的功率；

也就是说，电光调制器的光输出端口与色散光纤的一端相连接，以通过色散光纤对输出的调制光信号进行采样、时延，同时，色散光纤的另一端与光电探测器进行连接，已通过光电探测器对经色散光纤采样、时延后输出的时延光信号进行恢复，以形成对应的电信号，然后，对恢复得到的电信号进行功率的测量。

S104，扫描微波信号源所发射的微波信号频率，并根据测量的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获得光纤传感器感应的温度变化信息。

也就是说，对微波信号源所发射的微波信号频率进行扫描，并在测量的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，以及根据最大功率对应的微波信号频率获取光纤传感器感应的温度变化信息。

作为一种示例，通过电功率计对光电探测器回复得到的电信号进行测量，当电功率计测量得到的功率为最大功率时，通过温度解调器获取该最大功率对应的微波信号频率，根据微波信号频率与温度变化量的对应关系进行温度变化信息的获取。

需要说明的是，当外界待测温度作用在干涉型光纤传感器上时，由于电光效应，温度的变化会引起光纤折射率的变化，从而导致干涉型光纤传感器两臂光程差的变化，进而使得微波光子滤波器的通带中心频率发生变化，其中，当微波光子滤波器的中心频率与微波信号源发出的微波信号的微波信号频率相等时，光电探测器测量得到的功率即为最大功率。

作为另一种示例，当采用微波光子滤波器的第一通带进行测量时，其中心频率fc与所测温度变化ΔT之间的关系为，

f_c＝(ξΔTL_s+nΔL)/(Dλ²)

其中，n为光纤有效折射率，ξ为光纤材料的热光系数，L_s为传感光纤长度，ΔL为干涉型光纤传感器两臂长度差，D为单位波长之间的时延，λ为中心波长，f_c为微波信号频率，ΔT为温度变化量。

需要说明的是，上述关于图1中基于微波光子滤波器的温度传感解调装置的描述同样适用于该基于微波光子滤波器的温度传感解调方法，在此不做赘述。

综上所述，根据本发明实施例的基于微波光子滤波器的温度传感解调方法，微波光子滤波器包括多波长光纤激光器和色散光纤，多波长光纤激光器包括光纤传感器和光纤耦合器，多波长光纤激光器通过光纤传感器感应温度信号以形成激光，并通过光纤耦合器对激光进行耦合输出，温度传感解调方法包括以下步骤：首先，根据微波信号源发射的微波信号，通过电光调制器对光纤耦合器输出的耦合激光进行调制，以输出调制光信号；接着，通过色散光纤对调制光信号进行采样、时延，以输出时延光信号；然后，通过光电探测器对时延光信号进行恢复以获得电信号，并测量电信号的功率；接着，扫描微波信号源所发射的微波信号频率，并根据测量的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获得光纤传感器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，带宽大，且通过简便的结构实现光纤温度传感与解调，适宜量化生产，同时，大大降低光纤温度传感与解调技术在推广过程中所需成本。

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 (8)

1.一种基于微波光子滤波器的温度传感解调装置，其特征在于，所述微波光子滤波器包括多波长光纤激光器和色散光纤，所述多波长光纤激光器包括光纤传感器和光纤耦合器，所述多波长光纤激光器通过所述光纤传感器感应温度信号以形成激光，并通过所述光纤耦合器对所述激光进行耦合输出，所述温度传感解调装置包括电光调制器、微波信号源、光电探测器、电功率计和温度解调器，其中，

所述电光调制器的光输入端口与所述光纤耦合器的第一输出端口相连，所述电光调制器的电驱动端口与所述微波信号源相连，所述电光调制器的光输出端口通过所述色散光纤与所述光电探测器的输入端相连，所述光电探测器的输出端与所述电功率计的输入端相连；

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所述光纤耦合器输出的耦合激光进行调制，以输出调制光信号；

所述色散光纤用于对所述调制光信号进行采样、时延，以输出时延光信号；

所述光电探测器用于对所述时延光信号进行恢复以获得电信号；

所述电功率计用于测量所述电信号的功率；

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所述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获得所述光纤传感器感应的温度变化信息；

其中，所述多波长光纤激光器还包括光放大器和光隔离器，所述光放大器的输入端口与所述光纤传感器的输出端口相连，所述光放大器的输出端口与所述光隔离器的输入端口相连，所述光隔离器的输出端口与所述光纤耦合器的输入端口相连，所述光纤耦合器的第二输出端口与所述光纤传感器的输入端口相连，其中，通过所述光放大器进行放大的光，经过所述光隔离器、所述光纤耦合器和所述光纤传感器形成所述激光。

2.如权利要求1所述的基于微波光子滤波器的温度传感解调装置，其特征在于，所述光纤传感器为干涉型光纤传感器，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口为10％输出端口，所述光纤耦合器的第二输出端口为90％输出端口，所述光放大器为半导体光放大器。

3.如权利要求1-2中任一项所述的基于微波光子滤波器的温度传感解调装置，其特征在于，所述光纤传感器感应所述温度信号时，基于电光效应，所述光纤传感器感应的温度变化使得光纤折射率发生变化，以引起所述光纤传感器的两臂光程差进行变化，使得所述微波光子滤波器的通带中心频率发生变化，其中，

当所述微波光子滤波器的通带中心频率与所述微波信号源所发射的微波信号频率相等时，所述电功率计测量的所述电信号的功率最大。

4.如权利要求3所述的基于微波光子滤波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光纤传感器感应的温度变化信息：

f_c＝(ξΔTL_s+nΔL)/(Dλ²)

其中，n为光纤有效折射率，ξ为光纤材料的热光系数，L_s为传感光纤长度，ΔL为干涉型光纤传感器两臂长度差，D为单位波长之间的时延，λ为中心波长，f_c为微波信号频率，ΔT为温度变化量。

5.一种基于微波光子滤波器的温度传感解调方法，其特征在于，所述微波光子滤波器包括多波长光纤激光器和色散光纤，所述多波长光纤激光器包括光纤传感器和光纤耦合器，所述多波长光纤激光器通过所述光纤传感器感应温度信号以形成激光，并通过所述光纤耦合器对所述激光进行耦合输出，所述温度传感解调方法包括以下步骤：

根据微波信号源发射的微波信号，通过电光调制器对所述光纤耦合器输出的耦合激光进行调制，以输出调制光信号；

通过色散光纤对所述调制光信号进行采样、时延，以输出时延光信号；

通过光电探测器对所述时延光信号进行恢复以获得电信号，并测量所述电信号的功率；

扫描所述微波信号源所发射的微波信号频率，并根据测量的所述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获得所述光纤传感器感应的温度变化信息；

所述多波长光纤激光器还包括光放大器和光隔离器，所述光放大器的输入端口与所述光纤传感器的输出端口相连，所述光放大器的输出端口与所述光隔离器的输入端口相连，所述光隔离器的输出端口与所述光纤耦合器的输入端口相连，所述光纤耦合器的第一输出端口与所述电光调制器的光输入端口相连，所述光纤耦合器的第二输出端口与所述光纤传感器的输入端口相连，其中，

通过所述光放大器进行放大的光，经过所述光隔离器、所述光纤耦合器和所述光纤传感器形成所述激光。

6.如权利要求5所述的基于微波光子滤波器的温度传感解调方法，其特征在于，所述光纤传感器为干涉型光纤传感器，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口为10％输出端口，所述光纤耦合器的第二输出端口为90％输出端口，所述光放大器为半导体光放大器。

7.如权利要求5-6中任一项所述的基于微波光子滤波器的温度传感解调方法，其特征在于，所述光纤传感器感应所述温度信号时，基于电光效应，所述光纤传感器感应的温度变化使得光纤折射率发生变化，以引起所述光纤传感器的两臂光程差进行变化，使得所述微波光子滤波器的通带中心频率发生变化，其中，

当所述微波光子滤波器的通带中心频率与所述微波信号源所发射的微波信号频率相等时，电功率计测量的所述电信号的功率最大。

8.如权利要求7所述的基于微波光子滤波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光纤传感器感应的温度变化信息：

f_c＝(ξΔTL_s+nΔL)/(Dλ²)

其中，n为光纤有效折射率，ξ为光纤材料的热光系数，Ls为传感光纤长度，ΔL为干涉型光纤传感器两臂长度差，D为单位波长之间的时延，λ为中心波长，fc为微波信号频率，ΔT为温度变化量。

Images