[發(fā)明專利]基于PCF-LPG差分解調的HiBi-FLM溫度傳感器及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010295626.1
• 申請日: 2010-09-29
• 公開（公告）號: CN102012280A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發(fā)明（設計）人: 趙春柳;王云鵬;金永興;康娟;董新永;金尚忠
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;G02B6/27
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明屬于光纖傳感技術領域，涉及一種基于光子晶體光纖長周期光柵(long-period?grating?written?in?a?photonic?crystal?fiber，PCF-LPG)差分解調的高雙折射光纖環(huán)鏡(fiber?loop?mirrors?made?of?highly?birefringent?fiber，HiBi-FLM)溫度傳感器。

背景技術

在科研和生產(chǎn)中，溫度測量是一個重要問題。傳統(tǒng)的溫度傳感器包括熱電偶，熱電阻溫度傳感器，熱敏電阻溫度傳感器，半導體溫度傳感器等等。基于光纖的溫度傳感器是一種新型傳感器。與傳統(tǒng)的溫度傳感器相比，它具有體積小，質量輕，易彎曲，抗電磁干擾，安全等優(yōu)點，特別適用于易燃，易爆，空間狹小和具有腐蝕性，射線性污染等苛刻環(huán)境下的溫度檢測。

光纖傳感器通常可以通過檢測光的強度、相位、極化、波長等的改變來檢測待測量。但有些如波長、極化等參量不易檢測，所以有時要在傳感系統(tǒng)內引入解調器，把它們轉化為易檢測量。雖然光纖傳感解調方法較多，但精度高的解調單元仍是當今設計的難點。其中需要考慮的一個重要問題是如何減少光源抖動及傳感系統(tǒng)各種不穩(wěn)定因素所帶來的干擾，提高系統(tǒng)精度，減少測量誤差。

HiBi-FLM傳感器是近年來發(fā)展的一類新型光纖傳感器，由于HiBi-FLM傳感器具有較高的靈敏度，如基于HiBi-FLM的溫度傳感器靈敏度可高達0.94nm/℃，因此這類傳感器在高靈敏度檢測和傳感方面有巨大的應用潛力。然而，目前發(fā)展的大部分HiBi-FLM傳感器是基于波長監(jiān)測來實現(xiàn)傳感的，因此系統(tǒng)需要昂貴的波長檢測設備，使得傳感系統(tǒng)成本較高、限制了此類傳感器的應用。針對上述問題，我們提出了兩類基于強度解調的HiBi-FLM傳感器(專利：200910154973.X和200920202121.9)。基于強度解調的HiBi-FLM傳感器同樣會遇到光源抖動及傳感系統(tǒng)各種不穩(wěn)定因素所帶來的干擾問題，影響測量精度。

發(fā)明內容

本發(fā)明目的就是為了克服現(xiàn)有技術中HiBi-FLM傳感器解調單元精度不高的問題，提供了一種基于PCF-LPG差分解調的HiBi-FLM溫度傳感器，此解調方案可以有效光源抖動及傳感系統(tǒng)各種不穩(wěn)定因素所帶來的干擾。

本發(fā)明為解決技術問題所采取的技術方案：

基于PCF-LPG差分解調的HiBi-FLM溫度傳感器包括寬帶光源、3dB耦合器、偏振控制器(PC)、熊貓保偏光纖、PCF-LPG、分光計、光電轉換器及信號處理單元、濾光片。

3dB耦合器一邊的兩個端口分別與寬帶光源、PCF-LPG的一端光連接，3dB耦合器另一邊的兩個端口分別與熊貓保偏光纖一端、偏振控制器的一端光連接，偏振控制器的另一端與熊貓光纖的另一端光連接；PCF-LPG的另一端與分光計輸入端光連接，分光計的兩個輸出端分別與兩個濾光片的一端光連接，兩個濾光片的另一端與光電轉換器及及信號處理單元光連接。3dB耦合器、偏振控制器和熊貓保偏光纖構成HiBi-FLM，HiBi-FLM是傳感元；PCF-LPG、分光計、濾光片、光電轉換器及信號處理單元構成光纖傳感器的解調器。

本發(fā)明所具有的有益效果為：

1.以HiBi-FLM作傳感頭，大大提高了傳感器的靈敏度。

2.PCF-LPG具有溫度不敏感性，可提供穩(wěn)定的強度解調。PCF-LPG同時提供兩個用于差分處理的光強度信號，PCF-LPG的透射譜具有正負相反的兩個線性區(qū)，這兩個線性區(qū)可以同時將HiBi-FLM因溫度變化而引起的兩個相鄰諧振波長的變化有效地轉化為光強度變化，并且兩波長處光強度的變化趨勢相反，這有利于成倍提高傳感系統(tǒng)的靈敏度。

3.采用50:50的分光計和帶寬相同而中心波長分別落在PCF-LPG正負線性區(qū)域的兩個濾光片可以將PCF-LPG提供的兩個用于差分的光強度信號有效地分開。

4.光電轉換及信號處理單元把光強信號轉化為電壓信號并進行快速差分處理。由于PCF-LPG提供的兩個強度信號在系統(tǒng)中經(jīng)過相同的路徑，因此差分后的結果能有效消除光源抖動及傳感系統(tǒng)各種不穩(wěn)定因素所帶來的干擾。

5.本發(fā)明中解調系統(tǒng)的使用，避免了昂貴的光譜儀等波長監(jiān)測設備的使用，大大降低了傳感器成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明進一步描述。