CN202511919U - 一种基于相对强度边缘滤波方法的光纤光栅阵列温度传感器 - Google Patents
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Abstract
一种基于相对强度边缘滤波方法的光纤光栅阵列温度传感器，包括有宽带光源、光环行器、多个光纤光栅、光电解调单元、电脑，以及传输光纤和电缆；所述宽带光源通过传输光纤与所述光环行器的输入端口连接，所述光环行器的第一输出端口通过传输光纤与所述光纤光栅依次连接，所述光环行器的第二输出端口通过传输光纤与所述光电解调单元的输入端连接；所述光电解调单元的输出端通过电缆与所述电脑连接。与现有技术相比，本实用新型具有实时在线和远程检测的能力，可用于气体、流体等介质的测量，并可用于探测温度的空间分布，同时还具有测量范围大、适应性好、灵敏度高和操作方便等特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤光栅温度传感器技术领域，特别是涉及一种基于相对强度边缘滤波方法的光纤光栅阵列温度传感器。
背景技术
温度是国际单位制给出的基本物理量之一，是工农业生产和科学实验中需要经常测量和控制的主要参数，同时也是与人们日常生活密切相关的一个重要物理量。随着工业自动化程度的提高及连续生产规模的扩大,对温度参数的实时快速测量与远程在线监控提出了更高的要求。
目前普遍采用的热电偶很难实现对温度快速、准确地测量与远程在线多点分布式监控。这种接触式测温技术也难以保证温度场的原有特征,易引起误差。然而，光导纤维测温技术的发展,为非接触测温技术的应用提供了有利的前提条件。由于其具有抗电磁干扰、耐高温、抗腐蚀、小型化等优点,因此，有着极为广泛的应用前景。
光导纤维测温技术可分为两类: 一类是利用辐射式测量原理, 光纤作为传输光通量的导体,配合光敏元件构成结构型传感器；另一类是光纤本身就是感温部件，同时又是传输光通量的功能型传感器。光纤挠性好、透光谱段宽、传输损耗低,无论是就地使用或者远传均十分方便,而且光纤直径小,可以单根、成束、Y 型或阵列方式使用,结构布置简单且体积小。因此,作为温度计,适用的检测对象几乎无所不包,可应用于其它温度计难以应用的特殊场合,如密封、高电压、强磁场、核辐射、严格防爆、防水、防腐、特小空间或者特小工件等等。
然而，现有技术中的光纤光栅温度传感器无法实现快速实时测量，而且测试结果不精确。缺乏可靠性。
因此，针对现有技术中存在的上述问题，亟需提供一种基于相对强度边缘滤波方法的光纤光栅阵列温度传感器的技术显得尤为重要。
实用新型内容
本实用新型的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种可靠精确、实时快速的基于相对强度边缘滤波方法的光纤光栅阵列温度传感器，该基于相对强度边缘滤波方法的光纤光栅阵列温度传感器具有实时在线和远程检测的能力，可用于气体、流体等介质的测量，并可用于探测温度的空间分布，同时还具有测量范围大、适应性好、灵敏度高和操作方便等特点。
本实用新型的目的通过以下技术方案实现：
提供一种基于相对强度边缘滤波方法的光纤光栅阵列温度传感器，包括有宽带光源、光环行器、多个光纤光栅、光电解调单元、电脑，以及传输光纤和电缆；
所述宽带光源通过传输光纤与所述光环行器的输入端口连接，所述光环行器的第一输出端口通过传输光纤与所述光纤光栅依次连接，所述光环行器的第二输出端口通过传输光纤与所述光电解调单元的输入端连接；所述光电解调单元的输出端通过电缆与所述电脑连接。
其中，所述光电解调单元包括有波分复用器和光电转换阵列。
其中，所述波分复用器为阵列波导光栅。
其中，所述宽带光源的探测波长为1500nm～2000nm。
其中，所述宽带光源的探测波长为1530nm～1570nm。
其中，所述宽带光源的探测波长为1550nm。
其中，所述传输光纤为单模光纤。
其中，所述光纤光栅为切趾光纤光栅。
本实用新型的有益效果：
本实用新型的基于相对强度边缘滤波方法的光纤光栅阵列温度传感器，包括有宽带光源、光环行器、多个光纤光栅、光电解调单元、电脑，以及传输光纤和电缆；所述宽带光源通过传输光纤与所述光环行器的输入端口连接，所述光环行器的第一输出端口通过传输光纤与所述光纤光栅依次连接，所述光环行器的第二输出端口通过传输光纤与所述光电解调单元的输入端连接；所述光电解调单元的输出端通过电缆与所述电脑连接。
与现有技术相比，本实用新型具有以下特点：
(1)操作简单、价格低廉、响应速度快、灵敏度高和分辨率高等优点。对于宽带宽的光纤光栅（FBG），该光纤光栅阵列温度传感器的探测波长的分辨率达到±5pm，温度分辨率可达到±0.5℃；
(2)适用于光纤的新的温度测量技术。由于光纤是绝缘体，具有良好的远距离光传输性能，光损耗极低，传输频带非常宽，可在强电磁干扰、高温高压、原子辐射、化学腐蚀等恶劣条件下使用，应用范围广；
(3)光电转换阵列快速扫描测量，实现真正的实时快速监控；
(4)除了用于温度测量外，还可对应力以及压强进行测量。
附图说明
利用附图对实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本实用新型的一种基于相对强度边缘滤波方法的光纤光栅阵列温度传感器的结构示意图。
在图1中包括有：
1——宽带光源、
2——光环行器、
3、4、5——光纤光栅、
6——波分复用器、
7——光电转换阵列、
8——电缆、
9——电脑、
10——传输光纤、
11——光电解调单元。
具体实施方式
结合以下实施例对本实用新型作进一步描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
本实用新型的一种基于相对强度边缘滤波方法的光纤光栅阵列温度传感器的具体实施方式，如图1所示，包括有宽带光源、光环行器、多个光纤光栅、光电解调单元、电脑，以及传输光纤和电缆；所述宽带光源通过传输光纤与所述光环行器的输入端口连接，所述光环行器的第一输出端口通过传输光纤与所述光纤光栅依次连接，所述光环行器的第二输出端口通过传输光纤与所述光电解调单元的输入端连接；所述光电解调单元的输出端通过电缆与所述电脑连接。
需要说明的是：光环行器为一输入端口和两输出端口，其中，连接光纤光栅的输出端为第一输出端口，连接光电解调单元的输入端为第二输出端口。
本实用新型在进行测量时，将多个光纤光栅放在待测环境中。所述的宽带光源发出宽带光，经过光环形器到达光纤光栅，然后由光纤光栅返回的光经过光环形器后进入光电解调单元，光电解调单元将光信号解调为电信号，之后再将电信号传给电脑，通过电脑可以解调出温度信息，同时可以在电脑上形象地观察温度的变化。
具体的，所述光电解调单元包括有波分复用器和光电转换阵列。
具体的，所述波分复用器为阵列波导光栅。
另，波分复用器主要参数为中心波长λ 0=1550.9nm，衍射级数m=35。光电转换阵列的中心波长均为λ 0=1550.9nm。
具体的，所述宽带光源的探测波长为1500nm～2000nm。
具体的，所述宽带光源的探测波长为1530nm～1570nm。
具体的，所述宽带光源的探测波长为1550nm。
具体的，所述传输光纤为单模光纤。
具体的，所述光纤光栅为切趾光纤光栅。
另，光纤光栅还可以为光纤传感探头，该光纤传感探头由光纤光栅与简单的端面垂直的裸光纤、FC尾纤插头或者由垂直的光纤端面连接构成。光电解调单元中的波分复用器有一个输入通道，输出平板波导与输出波导之间的连接与光电转换器连接，波分复用器与光电转换器件的参数可以根据测量的精度要求来决定，例如，选用灵敏度更高的光电转换器件；电脑目的是对数据的记录，处理分析，显示以及监控。
本实用新型所采用的工作机理和测量方法是基于FBG的热光效应引起反射中心波长的改变，并且利用了波分复用器对不同波长的解复用功能实现温度快速测量；具体为宽带光源发出的多波长光束经传输光纤被光环行器导入线阵FBG，由于测量环境温度变化引起各FBG反射中心波长的改变；该多波长反射光经环行器导入光电解调单元被解调及显示。
具体原理如下：FBG反射光经OC入射到波分复用器，不同波长的光从波分复用器的不同通道输出。λn, λn+1是波分复用器两相邻通道中心波长，λFBGn是第n个FBG的布拉格波长。FBG反射谱与波分复用器通道透射谱的重叠部分决定了该波分复用器通道输出光强的大小。为了得到解析理论，FBG反射谱与波分复用器通道的透射谱均近似地用高斯函数来表示。
因此，假设FBG反射谱的函数表达式为：
R、λB和ωB分别是FBGn的反射系数、布拉格波长和反射谱的FWHM。
波分复用器第n和n+1通道的透射谱的函数表达式为：
Tj、λj和ωj分别是波分复用器第j个通道的透射系数、中心波长和透射谱的FWHM，并且假设ωn＝ωn+1＝ω0，相邻信道间隔△λ＝λn+1-λn。
由（1）、（2）可以得到，当FBG布拉格波长为λB时，波分复用器第j个通道输出的光强为：
其中，
，
由（3）可以得到：
其中，
定义波分复用器相邻通道强度比值对数为：
并将（4）代入（5）得：
其中，
，
。
从（6）可以得到，波分复用器相邻通道强度比值对数与FBG布拉格波长在高斯近似下呈线性关系，***波长灵敏度dη/dλ由波分复用器信道间隔△λ、FWHM和FBG的FWHM等参数共同决定。FBG布拉格波长随外界的温度和应力等变化而变化，但在只考虑温度T对FBG反射波长的影响、外界其他因素可以忽略时，（6）式可以改写为：
其中，λT0是初始温度为T0时FBG布拉格波长，α是FBG的温度灵敏度。从以上解析的推导可见，当FBG只受到温度影响时，波分复用器相邻通道强度比值对数与FBG外界温度也是线性关系，***温度灵敏度dη/dT由波分复用器信道间隔、FWHM和FBG的α、FWHM共同决定。通过光电转换阵列将波长测量转换为强度测量，对波分复用器通道光强的检测作比较，可以反推出相应的FBG所处的环境温度。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。
Claims (8)
1.一种基于相对强度边缘滤波方法的光纤光栅阵列温度传感器，其特征在于：包括有宽带光源、光环行器、多个光纤光栅、光电解调单元、电脑，以及传输光纤和电缆；
所述宽带光源通过传输光纤与所述光环行器的输入端口连接，所述光环行器的第一输出端口通过传输光纤与所述光纤光栅依次串联连接，所述光环行器的第二输出端口通过传输光纤与所述光电解调单元的输入端连接；所述光电解调单元的输出端通过电缆与所述电脑连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于相对强度边缘滤波方法的光纤光栅阵列温度传感器，其特征在于：所述光电解调单元包括有波分复用器和光电转换阵列。
3.根据权利要求2所述的一种基于相对强度边缘滤波方法的光纤光栅阵列温度传感器，其特征在于：所述波分复用器为阵列波导光栅。
4.根据权利要求1所述的一种基于相对强度边缘滤波方法的光纤光栅阵列温度传感器，其特征在于：所述宽带光源的探测波长为1500nm～2000nm。
5.根据权利要求4所述的一种基于相对强度边缘滤波方法的光纤光栅阵列温度传感器，其特征在于：所述宽带光源的探测波长为1530nm～1570nm。
6.根据权利要求5所述的一种基于相对强度边缘滤波方法的光纤光栅阵列温度传感器，其特征在于：所述宽带光源的探测波长为1550nm。
7.根据权利要求1所述的一种基于相对强度边缘滤波方法的光纤光栅阵列温度传感器，其特征在于：所述传输光纤为单模光纤。
8.根据权利要求1所述的一种基于相对强度边缘滤波方法的光纤光栅阵列温度传感器，其特征在于：所述光纤光栅为切趾光纤光栅。
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|---|---|---|---|---|
| CN103714869A (zh) * | 2013-12-09 | 2014-04-09 | 西安理工大学 | 基于光纤光栅传感的反应堆堆芯温度监测***及方法 |
| KR20210088366A (ko) * | 2020-01-06 | 2021-07-14 | 주식회사 피피아이 | 고분해능 광파장 파워미터, 이를 이용한 반사 광파장 스캐닝 장치 및 반사 광파장 스캐닝 시스템 |
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| CN113639892A (zh) * | 2021-08-13 | 2021-11-12 | 山东省科学院激光研究所 | 一种光纤光栅温度传感器及准分布式测温*** |
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