[發明專利]一種光纖溫度傳感器及測量系統和信號處理方法

有效

• 申請號: 201110252767.X
• 申請日: 2011-08-30
• 公開（公告）號: CN102410886A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 李學金;洪學明
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所 44268
• 代理人: 王永文;楊宏

技術領域

本發明涉及溫度傳感器，尤其涉及基于光子晶體光纖的光纖溫度傳感器及測量系統和信號處理方法。

背景技術

溫度是工業生產及生活中最常用的物理指標，溫度傳感器有著廣泛的應用。近年來，由于光纖溫度傳感器具有動態范圍大、本質安全和抗電磁干擾等優點，越來越受到人們的重視。光纖熒光溫度傳感器屬于光纖溫度傳感器的一個重要分支。

傳統的熒光光纖溫度傳感器是利用熒光材料的熒光強度隨溫度而變化，或熒光強度的衰變速度隨溫度而變化的特性測量溫度。最早的熒光光纖溫度傳感器是利用熒光強度測溫，由于光源波動問題，熒光強度測量方法在實際測量溫度過程中會有很大的誤差。而熒光壽命測溫方法具有采樣時間長、信號處理復雜、成本較高等問題。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種光纖溫度傳感器及測量系統和信號處理方法，旨在解決現有熒光光纖溫度傳感器存在的測量溫度缺陷問題。

本發明的技術方案如下：

一種光纖溫度傳感器，其中，所述光纖溫度傳感器由普通光纖和光子晶體光纖組成；所述光子晶體光纖兩端與普通光纖熔接，構成光纖溫度傳感器；

所述光子晶體光纖的氣孔中填充有熒光物質和折射率溫度敏感物質；

所述普通光纖為多模光纖或單模光纖。

所述的光纖溫度傳感器，其中，所述在光子晶體光纖中填充的熒光物質為羅丹明B或硫化鋅；折射率溫度敏感材料為乙醇或鐘表油。

所述的光纖溫度傳感器，其中，所述光子晶體光纖上設置有纖芯和氣孔，所述氣孔在纖芯周圍沿著軸向規則排列。

所述的光纖溫度傳感器，其中，部分所述氣孔內填充有熒光材料物質和折射率溫度敏感材料。

所述的光纖溫度傳感器，其中，所述光子晶體光纖為帶隙型光子晶體光纖，纖芯孔直徑為5.6μm、微小氣孔直徑為2.2μm、占空比為85%。

所述的光纖溫度傳感器，其中，所述光子晶體光纖長12cm。

一種光纖溫度傳感器測量系統，其中，所述光纖溫度傳感器測量系統由光源、光纖溫度傳感器、耦合器、濾波器、探測器和信號處理單元組成；

所述光源、光纖溫度傳感器、耦合器、濾波器、探測器和信號處理單元依次連接；

所述光纖溫度傳感器由普通光纖和光子晶體光纖組成；所述光子晶體光纖兩端與普通光纖熔接，構成光纖溫度傳感器；

所述光子晶體光纖的氣孔中填充有熒光物質和折射率溫度敏感物質；

所述普通光纖為多模光纖或單模光纖。

所述的光纖溫度傳感器測量系統，其中，所述光源為激光器、LED、高壓汞燈或高壓氙燈。

所述的光纖溫度傳感器測量系統，其中，所述濾波器設置有兩個，分別為第一濾波器和第二濾波器，所述第一濾波器用于對所述光纖溫度傳感器輸出的熒光的進行濾光；所述第二濾波器用于對所述光纖溫度傳感器輸出的激發光的進行濾光；

所述探測器設置有兩個，分別與第一濾波器和第二濾波器對應。

一種光纖溫度傳感器測量系統的信號處理方法，所述光纖溫度傳感器測量系統由光源、所述光纖溫度傳感器、耦合器、濾波器、探測器和信號處理單元組成；所述光源、光纖溫度傳感器、耦合器、濾波器、探測器和信號處理單元依次連接；所述光纖溫度傳感器由普通光纖和光子晶體光纖組成；所述光子晶體光纖兩端與普通光纖熔接，構成光纖溫度傳感器；所述光子晶體光纖的氣孔中填充有熒光物質和折射率溫度敏感物質；所述普通光纖為多模光纖或單模光纖，其中，所述信號處理方法為將經過光纖溫度傳感器的激發光和熒光之間的強度比作為溫度測量參量，其具體過程如下：

光源發出的光耦合到光纖溫度傳感器中，光纖溫度傳感器的輸出的光中包含一部分激發光和熒光，經耦合器分為兩路，每路選用與熒光和激發光相對應的濾波器進行濾光后，分別由兩個探測器探測激發光信號和熒光信號，光纖溫度傳感器輸出的激發光信號和熒光信號由一信號處理單元對信號進行處理。

有益效果：與傳統的熒光光纖溫度傳感器相比，在光纖溫度傳感器中填充熒光物質和折射率溫度敏感的材料，除了熒光信號以外，激發光也可以作為測量信號。兩者信號相互補償，如將傳感器輸出的激發光和熒光之間的強度比作為溫度測量參量，不僅可以消除光源波動所帶來的誤差，而且可以大大提高測量靈敏度。

附圖說明

圖1為本發明的光子晶體光纖的光纖截面圖。

圖2為本發明光纖溫度傳感器測量系統的結構示意圖。

圖3為本發明實施例中光纖中激發光隨溫度變化曲線圖。