CN111238684A - 一种光纤温度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤温度传感器，包括激光光源，用于发射激光并使激光入射至光纤选择性激励器中；光纤选择性激励器，用于依据预设规则对激光进行调制，选择出激光在少模光纤中的传输模式，并将调制后的激光传输至少模光纤中；设有刻蚀区的少模光纤，用于通过对应的传输模式对激光进行传输，其中，少模光纤的刻蚀区放置在待测匹配液中；接收分析装置，用于依据激光通过少模光纤后的光信息得到对应的串扰值，并根据串扰值及预先建立的串扰值与温度的对应关系得到待检测匹配液的测量温度值。由于少模光纤的串扰是由光纤结构缺陷导致的，故本发明中通过计算激光通过少模光纤的串扰值来进一步对匹配液的温度进行测量，能够提高测量结果的准确度。

Description

一种光纤温度传感器

技术领域

本发明实施涉及传感器技术领域，特别是涉及一种光纤温度传感器。

背景技术

随着科技的发展，光纤通信技术已成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着举足轻重的作用。光纤通信作为一门新兴技术，其近年来发展速度之快、应用面之广是通信史上罕见的，也是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具，相关光纤器件得到充分发展成熟。

在温度检测与控制领域中，光纤温度传感器应运而生。目前，常用的光纤温度传感器在进行温度测量主要原理基于折射率系数进行测量的，但是由于光纤结构的不均匀，会导致光纤的折射率系数也不均匀，也即，现有的光线温度传感器在基于折射率系数测量温度时不会考虑光纤结构的影响，因此在采用现有技术中的光纤温度传感器进行温度测量时，会造成测量结果存在较大的偏差。

鉴于此，如何提供一种解决上述技术问题的光纤温度传感器成为本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种光纤温度传感器，在使用过程中能够提高测量结果的准确度。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种光纤温度传感器，包括激光光源、光纤选择性激励器、设有刻蚀区的少模光纤以及接收分析装置，其中：

所述激光光源，用于发射激光，并使所述激光入射至所述光纤选择性激励器中；

所述光纤选择性激励器，用于依据预设规则对所述激光进行调制，选择出激光在所述少模光纤中的传输模式，并将调制后的激光传输至所述少模光纤中；

所述少模光纤，用于通过所述传输模式对所述激光进行传输，其中，所述少模光纤的刻蚀区放置在待测匹配液中；

所述接收分析装置，用于依据所述激光通过所述少模光纤后的光信息得到对应的串扰值，并根据所述串扰值及预先建立的串扰值与温度的对应关系得到所述待检测匹配液的测量温度值。

可选的，所述依据预设规则选择激光在所述少模光纤中的传输模式为：

根据预设响应函数与所述激光的输入函数进行卷积计算，得到激光的输出函数，并依据所述激光的输出函数确定所述激光在所述少模光纤中的传输模式。

可选的，所述光纤选择性激励器包括第一透镜、液晶基空间光调制器和第二透镜。

可选的，所述依据所述激光通过所述少模光纤后的光信息得到对应的串扰值为：

接收所述激光通过所述少模光纤后的光信息；

根据预设串扰值计算法及所述光信息得到对应的串扰值。

可选的，所述光信息包括光频谱信息，所述预设串扰值计算法为空间和光谱解析成像法。

可选的，所述接收分析装置包括CCD接收器。

可选的，所述少模光纤的刻蚀区为通过对所述少模光纤的包层进行刻蚀后得到的。

可选的，所述刻蚀区的剩余包层厚度为10μm。

可选的，所述刻蚀区的轴向长度为4～5mm。

本发明实施例提供了一种光纤温度传感器，包括激光光源、光纤选择性激励器、设有刻蚀区的少模光纤以及接收分析装置，其中：激光光源，用于发射激光，并使激光入射至光纤选择性激励器中；光纤选择性激励器，用于依据预设规则对激光进行调制，选择出激光在少模光纤中的传输模式，并将调制后的激光传输至少模光纤中；少模光纤，用于通过传输模式对激光进行传输，其中，少模光纤的刻蚀区放置在待测匹配液中；接收分析装置，用于依据激光通过少模光纤后的光信息得到对应的串扰值，并根据串扰值及预先建立的串扰值与温度的对应关系得到待检测匹配液的测量温度值。

可见，本申请中的光纤温度传感器在对待测匹配液进行测量时，将少模光纤的刻蚀区放置在待测匹配液中，然后激光光源发射的激光通过光纤选择性激励器的选择激励后射入至少模光纤中，并在在少模光纤中以对应的传输模式进行传输，然后再射入至接收分析装置中进行光信息的获取，并根据所得到的光信息进行串扰值计算，然后再根据预先建立的串扰值与温度的对应关系匹配出与该串扰值对应的温度值，该温度值即为待测匹配液的测量温度值。由于本申请中的光纤温度传感器是基于少模光纤的温度传感器，并且少模光纤的串扰就是由于光纤结构缺陷导致的，因此通过计算激光通过少模光纤的串扰值来进一步对匹配液的温度进行测量，能够提高测量结果的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和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为本发明实施例提供的一种光纤温度传感器的结构框图；

图2为本发明实施例提供的一种少模光纤的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种光纤温度传感器的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种光纤温度传感器，在使用过程中能够提高测量结果的准确度。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

请参照图1，图1为本发明实施例提供的一种光纤温度传感器的结构框图。

该光纤温度传感器，包括激光光源1、光纤选择性激励器2、设有刻蚀区31的少模光纤3以及接收分析装置4，其中：

激光光源1，用于发射激光，并使激光入射至光纤选择性激励器2中；

光纤选择性激励器2，用于依据预设规则对激光进行调制，选择出激光在少模光纤3中的传输模式，并将调制后的激光传输至少模光纤3中；

少模光纤3，用于通过传输模式对激光进行传输，其中，少模光纤3的刻蚀区31放置在待测匹配液中；

接收分析装置4，用于依据激光通过少模光纤3后的光信息得到对应的串扰值，并根据串扰值及预先建立的串扰值与温度的对应关系得到待检测匹配液的测量温度值。

需要说明的是，本实施例中的光纤温度传感器是基于少模光纤的温度传感器，其中，少模光纤预先需要通过刻蚀处理得到刻蚀区31，具体可以采用氢氟酸对少模光纤预设区域的包层进行刻蚀，得到对应的刻蚀区31，在采用本实施例中的光纤温度传感器进行温度测量时，将少模光纤3上的刻蚀区31放置在待检测匹配液中即可，其中，待测匹配液对温度具有较高的敏感性，从而可以准确反应外界温度，也即待测匹配液的温度与外界温度一直，通过测量待测匹配液的温度即可得到外界温度。

具体的，在使用过程中激光光源1发射出激光，该激光入射至光纤选择性激励器2中，由于少模光纤3具有几个到几十个不等的传输模式，并且不同传输模式对应的电磁场不同，也即激光在少摸光纤3的不同传输模式中传输时所激发的光的电磁场不同，因此光纤选择性激励器2会对入射的激光进行选择性激励，从而确定出激光在少模光纤3中的传输模式，然后将调制后的激光入射至少模光纤3后以所选择的传输模式进行传输，激光经过少模光纤3后被接收分析装置4接收，然后接收分析装置4获取到激光的光信息，并且根据光信息计算出少模光纤3的串扰值，然后根据预先建立的串扰值与温度的对应关系匹配出对应的温度值，该温度值即为待检测匹配液的测量温度，其中，将少模光纤3的刻蚀区31放置在待检测匹配液中，由于待检测匹配液具有一定的温度并且温度会使少模光纤3的微结构发生一定的变化，从而导致少模光纤3的正交性发生变化，因此激光在少模光纤3的传输过程中会发生一定的串扰，通过测量串扰值就能够进一步确定相应的温度。当然，对于少模光纤本身的结构缺陷或本身温度变化导致的结构缺陷所带来的光信息变化可以忽略不计。

其中，需要说明的是，本申请中的激光光源1所发射的激光脉冲宽度(25％的幅值全宽)不得高于少模光纤3差分模时延的10％，具体的激光脉冲宽度可以根据实际需要进行确定。

如图2所示的少模光纤3的结构，其中，包括包层30、纤芯32、刻蚀区31，刻蚀区31用于放置在匹配液5中，少模光纤3的刻蚀区31为通过对少模光纤的包层30进行刻蚀后得到的，并且在刻蚀过程中不需要将少模光纤的包层30全部腐蚀，刻蚀区31的剩余包层厚度可以为10μm。另外，刻蚀区31的轴向长度可以为4mm～5mm，对于刻蚀区31轴向长度的具体数值以及刻蚀区31剩余包层的厚度值均可以根据实际需要进行确定，本实施例不做特殊限定。

其中，接收分析装置4可以包括CCD接收器，具体可以通过CCD接收器接收出射激光的光信息，并根据预设串扰值计算法及光信息得到对应的串扰值，其中，光信息可以包括光频谱信息，则对应的预设串扰值计算法可以为空间和光谱解析成像法。当然，光信息还可以包括相位、波数、传递常数以及出射图样等信息，具体的预设串扰值计算法还可以为OTDR法、波长扫描干涉法和脉冲响应法中的一种，具体可以根据实际需要进行选择，本实施例不做特殊限定。

另外，还需要说明的是，本实施例中串扰值与温度的对应关系可以通过以下方式进行建立：

具体的，可以将少模光纤3的刻蚀区31放置在匹配液中，然后通过激光光源1和光纤选择性激励器2对少模光纤3注入激光，在常温T0下，利用接收分析装置4记录出射激光的光信息，并计算出与T0对应的串扰值P0，然后对匹配液的温度进行调节，可以将匹配液温度增加至T1，并同样计算出此时对应的串扰值P1，可以按照相同的温度差升高匹配液的温度，得到与多组温度各自对应的串扰值Pi，然后绘制出串扰值和温度的P-T曲线，从而得到串扰值与温度的对应关系。

进一步的，上述光纤选择性激励器2依据预设规则对激光进行调制，选择出激光在少模光纤中的传输模式的过程，具体可以为：

根据预设响应函数与激光的输入函数进行卷积计算，得到激光的输出函数，并依据激光的输出函数确定激光在少模光纤中的传输模式。

具体的，由于光是一种电磁波，其包含空间和时间两种信息，该电磁波可以用函数E(x,y,z；t)表示，其中，X,Y,Z表示空间信息，t表示时间信息，而这些信息可以用E(x,y,z；t)＝A cos(k·r-ω·t)进行表示，其中，A为强度，k为传播常数，r为传播距离，ω为角速度，t为时间。在信息光学中，输出信号等于输入信号与***脉冲响应卷积，光纤选择性激励器2(也即SLM装置)提供了脉冲响应函数，也即，激光光源发出的激光为输入函数，可以用E(x,y,z；t)表示，SLM装置形成预设响应函数，激光的输入函数和预设响应函数进行卷积计算后得到激光的输出函数，该激光的输出函数决定了输出激光的时间和空间信息以及电磁场条件，又由于少模光纤中不同的传输模式对的电磁场条件不同，因此不同的电磁场条件对少摸光纤的光激励起到了限制和选择的作用，也即，通过激光的输出函数所对应的电磁场条件即可选择出激光在少模光纤3中的传输模式。

更进一步的，如图3所示，本实施例中的光纤选择性激励器2可以包括第一透镜21、液晶基空间光调制器22和第二透镜23。也即，光纤选择性激励器2可以为基于两透镜傅里叶变换的SLM装置，并采用该装置对激光进行选择性激励，并将调制后的激光注入至少模光纤3中。其中，预设响应函数的具体函数形式由第一透镜22、第二透镜23和液晶基空间光调制器22进行确定。

可见，本申请中的光纤温度传感器在对待测匹配液进行测量时，将少模光纤的刻蚀区放置在待测匹配液中，然后激光光源发射的激光通过光纤选择性激励器的选择激励后射入至少模光纤中，并在在少模光纤中以对应的传输模式进行传输，然后再射入至接收分析装置中进行光信息的获取，并根据所得到的光信息进行串扰值计算，然后再根据预先建立的串扰值与温度的对应关系匹配出与该串扰值对应的温度值，该温度值即为待测匹配液的测量温度值。由于本申请中的光纤温度传感器是基于少模光纤的温度传感器，并且少模光纤的串扰就是由于光纤结构缺陷导致的，因此通过计算激光通过少模光纤的串扰值来进一步对匹配液的温度进行测量，能够提高测量结果的准确度。

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。对于实施例公开的装置而言，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。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种光纤温度传感器，其特征在于，包括激光光源、光纤选择性激励器、设有刻蚀区的少模光纤以及接收分析装置，其中：

所述激光光源，用于发射激光，并使所述激光入射至所述光纤选择性激励器中；

所述光纤选择性激励器，用于依据预设规则对所述激光进行调制，选择出激光在所述少模光纤中的传输模式，并将调制后的激光传输至所述少模光纤中；

所述少模光纤，用于通过所述传输模式对所述激光进行传输，其中，所述少模光纤的刻蚀区放置在待测匹配液中；

所述接收分析装置，用于依据所述激光通过所述少模光纤后的光信息得到对应的串扰值，并根据所述串扰值及预先建立的串扰值与温度的对应关系得到所述待检测匹配液的测量温度值。

2.根据权利要求1所述的光纤温度传感器，其特征在于，所述依据预设规则对所述激光进行调制，选择出激光在所述少模光纤中的传输模式为：

根据预设响应函数与所述激光的输入函数进行卷积计算，得到激光的输出函数，并依据所述激光的输出函数确定所述激光在所述少模光纤中的传输模式。

3.根据权利要求1或2所述的光纤温度传感器，其特征在于，所述光纤选择性激励器包括第一透镜、液晶基空间光调制器和第二透镜。

4.根据权利要求1所述的光纤温度传感器，其特征在于，所述依据所述激光通过所述少模光纤后的光信息得到对应的串扰值为：

接收所述激光通过所述少模光纤后的光信息；

根据预设串扰值计算法及所述光信息得到对应的串扰值。

5.根据权利要求4所述的光纤温度传感器，其特征在于，所述光信息包括光频谱信息，所述预设串扰值计算法为空间和光谱解析成像法。

6.根据权利要求1所述的光纤温度传感器，其特征在于，所述接收分析装置包括CCD接收器。

7.根据权利要求1所述的光纤温度传感器，其特征在于，所述少模光纤的刻蚀区为通过对所述少模光纤的包层进行刻蚀后得到的。

8.根据权利要求7所述的光纤温度传感器，其特征在于，所述刻蚀区的剩余包层厚度为10μm。

9.根据权利要求7所述的光纤温度传感器，其特征在于，所述刻蚀区的轴向长度为4～5mm。

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