CN206618509U - 法拉第旋镜结构单模‑无芯‑单模双端错位光纤测温装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种法拉第旋镜结构单模‑无芯‑单模双端错位光纤测温装置，第一单模光纤与第二单模光纤错位熔接，第一单模光纤的另一端与环形器的蓝色端口相连接，环形器的红色端口通过单模光纤与1550nm激光器相连接，环形器的白色端口通过单模光纤与光谱分析仪相连接，无芯光纤熔接于第二单模光纤和第三单模光纤之间，该无芯光纤设置于盛放待测溶液的容器中并且无芯光纤的两端密封横穿容器后分别与第二单模光纤和第三单模光纤熔接，第三单模光纤与第四单模光纤错位熔接，第四单模光纤的另一端与法拉第旋镜相连接。本实用新型结构简单，成本较低，实用性强，有望在温度传感领域得到广泛应用。

Description

法拉第旋镜结构单模-无芯-单模双端错位光纤测温装置

技术领域

本实用新型属于光纤测温传感装置技术领域，具体涉及一种法拉第旋镜结构单模-无芯-单模双端错位光纤测温装置。

背景技术

目前基于干涉理论的光纤传感器的研究已取得多项研究成果，但也存在许多亟待解决的问题。由于输出信号会受到光纤传输损耗、接续损耗、光纤震动、多重外界环境等影响，将严重引起光信号衰减的无规律性。近几年来，利用光纤测温已经成了一种趋势。越来越多的人设计出不同的光纤测温方案，如干涉仪测温、激光测温和错位光纤测温等，但都或多或少存在一些不足之处，如***复杂的制作工艺、较高的传输损耗、信噪比较低和较多的错位熔接点等多重因素；另外，由于干涉的复杂性，传感器探测到的信号很微弱，温度灵敏度低，稳定性差，传感器输出的偏振状态较差，所有这些导致成本增加且对温度传感***的研究没有保障。

发明内容

本实用新型为解决上述基于干涉理论对光纤温度传感***研究的稳定性差、温度灵敏度低、成本高和偏振状态较差等问题，提供了一种法拉第旋镜结构单模-无芯-单模双端错位光纤测温装置，该装置通过无芯光纤双错位结构，干涉的光信号经法拉第旋镜反射后经环形器产生特定激光的波长，然后通过分析不同温度下相应的输出激光波长来研究温度传感***的性能，该装置提高了传感器输出的灵敏度、稳定性和改善了偏振度的状态。

本实用新型为解决上述技术问题采用如下技术方案，法拉第旋镜结构单模-无芯-单模双端错位光纤测温装置，其特征在于包括1550nm激光器、环形器、第一单模光纤、第二单模光纤、无芯光纤、容器、第三单模光纤、第四单模光纤、法拉第旋镜和光谱分析仪，其中第一单模光纤与第二单模光纤错位熔接，第一单模光纤的另一端与环形器的蓝色端口相连接，环形器的红色端口通过单模光纤与1550nm激光器相连接，环形器的白色端口通过单模光纤与光谱分析仪相连接，无芯光纤熔接于第二单模光纤和第三单模光纤之间，该无芯光纤设置于盛放待测溶液的容器中并且无芯光纤的两端密封横穿容器后分别与第二单模光纤和第三单模光纤熔接，第三单模光纤与第四单模光纤错位熔接，第四单模光纤的另一端与法拉第旋镜相连接。

进一步优选，所述的第一单模光纤、第二单模光纤、第三单模光纤和第四单模光纤的直径均为125μm，其芯层和包层的直径分别为9.2μm和125μm，所述的无芯光纤的直径为125μm。

进一步优选，所述的第一单模光纤与第二单模光纤的错位量为3mm，第三单模光纤与第四单模光纤的错位量为3mm。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本实用新型提出的是一种基于法拉第旋镜结构单模-无芯双端错位光纤温度传感器，其有效改善了不稳定、偏振状态差和温度灵敏度低的问题；

2、法拉第旋镜结构最大干扰幅值可达到近10dB，这明显高于没有法拉第旋镜的单一干扰；

3、在40-80℃范围内，传感器的温度灵敏度约为0.99047nm/℃，相关系数约为0.99502，温度灵敏度增加了一个数量级；

4、本实用新型结构简单，成本较低，实用性强，有望在温度传感领域得到广泛应用。

附图说明

图1是本实用新型的光路连接图。

图中：1、1550nm激光器，2、环形器，3、第一单模光纤，4、第二单模光纤，5、无芯光纤，6、容器，7、第三单模光纤，8、第四单模光纤，9、法拉第旋镜，10、光谱分析仪。

具体实施方式

结合附图详细描述本实用新型的具体内容。法拉第旋镜结构单模-无芯-单模双端错位光纤测温装置，包括1550nm激光器1、环形器2、第一单模光纤3、第二单模光纤4、无芯光纤5、容器6、第三单模光纤7、第四单模光纤8、法拉第旋镜9和光谱分析仪10，其中第一单模光纤3与第二单模光纤4错位熔接，第一单模光纤3的另一端与环形器2的蓝色端口相连接，环形器2的红色端口通过单模光纤与1550nm激光器1相连接，环形器2的白色端口通过单模光纤与光谱分析仪10相连接，无芯光纤5熔接于第二单模光纤4和第三单模光纤7之间，该无芯光纤5设置于盛放待测溶液的容器6中并且无芯光纤5的两端密封横穿容器6后分别与第二单模光纤4和第三单模光纤7熔接，第三单模光纤7与第四单模光纤8错位熔接，第四单模光纤8的另一端与法拉第旋镜9相连接。

本实用新型基于光的干涉理论，将一段长度L约为4cm的无芯光纤熔接在两段单模光纤之间，然后在单模光纤的两端分别进行错位熔接，错位量D为3mm，单模光纤的另一端连接到法拉第旋镜上，单模光纤的直径为125μm，单模光纤芯层和包层的直径分别为9.2μm和125μm，无芯光纤的直径为125μm。传感器的关键部件是一段长为42cm的法拉第旋镜，选择使用法拉第旋镜的目的是为了获得没有任何影响的偏振状态的输出和提高温度灵敏度。

单模-无芯-单模双错位光纤作为传感器头安放在塑料板上，导入纤维和导出纤维分别与环行器蓝色端口和法拉第旋镜相连接，由一个中心波长为1550nm的宽带源发出的光束通过红色端口进入环形器传送到传感器头，输出的光从环形器白色端口提取出来后输入到光谱分析仪中。传感器头固定在塑料板被放置在一个容器中，用耐热胶带固定，用水浴加热的方法对传感器头进行加热，加热过程中温度变化范围为40-80℃，每次变化1℃，用一个数字温度计来测量温度，对于每次温度的变化都可以从光谱仪上记录下相应的参数。

当光信号经过左边错位熔接点时，由于模场不匹配，激发出大量的包层模，输入光信号被分为两条光路，分别沿着芯模和包层模传输，其中纤芯模能量最大，包层模的损耗很高，因此，包层模式简化为一个最大的能量和较高的能量，并沿单模光纤传输，传播一段距离后，两模式重组后进入被热水包围的无芯光纤中，此时，热水作为无芯光纤的包层，由于纤芯模与包层模的有效折射率不同，所以芯模与包层模在传输过程中产生光程差,然后在单模光纤中传播一段距离后，光信号经过右边错位熔接点时，在单模光纤的纤芯与纤芯模产生干涉现象，然后经过法拉第旋镜反射最终进入光谱分析仪中。光路中产生的干涉谱会随着无芯光纤外界水的温度度变化而偏移。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围。

Claims (3)

1.法拉第旋镜结构单模-无芯-单模双端错位光纤测温装置，其特征在于包括1550nm激光器、环形器、第一单模光纤、第二单模光纤、无芯光纤、容器、第三单模光纤、第四单模光纤、法拉第旋镜和光谱分析仪，其中第一单模光纤与第二单模光纤错位熔接，第一单模光纤的另一端与环形器的蓝色端口相连接，环形器的红色端口通过单模光纤与1550nm激光器相连接，环形器的白色端口通过单模光纤与光谱分析仪相连接，无芯光纤熔接于第二单模光纤和第三单模光纤之间，该无芯光纤设置于盛放待测溶液的容器中并且无芯光纤的两端密封横穿容器后分别与第二单模光纤和第三单模光纤熔接，第三单模光纤与第四单模光纤错位熔接，第四单模光纤的另一端与法拉第旋镜相连接。

2.根据权利要求1所述的法拉第旋镜结构单模-无芯-单模双端错位光纤测温装置，其特征在于：所述的第一单模光纤、第二单模光纤、第三单模光纤和第四单模光纤的直径均为125μm，其芯层和包层的直径分别为9.2μm和125μm，所述的无芯光纤的直径为125μm。

3.根据权利要求1所述的法拉第旋镜结构单模-无芯-单模双端错位光纤测温装置，其特征在于：所述的第一单模光纤与第二单模光纤的错位量为3mm，第三单模光纤与第四单模光纤的错位量为3mm。