[發明專利]一種雙波長光延遲光纖溫度傳感器

有效

• 申請號: 201110383154.X
• 申請日: 2011-11-28
• 公開（公告）號: CN102494799A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 邱琪;蘇君;史雙瑾
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 成都華典專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 徐豐;楊保剛

技術領域

本發明涉及光纖溫度傳感技術領域，具體涉及一種雙波長光延遲光纖溫度傳感器。

背景技術

光纖溫度傳感器具有安全、輕質、準確、抗電磁干擾等優點，廣泛應用于電力設備、水電設備以及隧道防火的溫度檢測系統中，也應用在工業和民用的需要溫度測量的各個方面。

通常光纖溫度傳感器采用的技術方法有：①溫度引起光纖光柵常數的改變，從而改變了光纖光柵的透射或反射光的光譜，通過探測該光譜的變化得到對溫度的準確測量；②用激光在光纖中產生的非線性布里淵后向散射，根據布里淵散射的光譜變化和后向散射的位置，來判斷光纖中溫度的變化和發生的位置，從而得到對溫度和距離的準確測量。

以上所述兩種方案其共同點是它們的測量都轉化成了對光譜的準確測量，從而得到溫度的精確測量。在光電探測技術中，對光譜的準確測量，均需要較復雜的測量裝置或系統，這樣勢必造成該技術構成的設備成本較高，不宜全面推廣應用。同時，在測量較高溫度時，光纖光柵將不能勝任，非線性布里淵散射也將受到高溫的限制。

發明內容

針對上述現有技術，本發明要解決的技術問題是：如何準確測量延遲時間，從而得到溫度參數；同時降低光纖溫度傳感器的成本，并提高測量的溫度范圍。

光信號在光纖中傳輸會帶來延遲，延遲時間與光纖的長度和光纖的折射率成正比。研究表明石英（SiO₂）光纖的折射率隨溫度的增加而增加，因此溫度變化將引起光信號在光纖中的附加傳輸延遲。雙波長光信號其中一路波長為參考光信號，另一路波長為測試光信號，這樣形成差分結構，易于準確測量延遲時間，并消除了傳輸光路的影響，從而提高了光路的性能和溫度的測量精度。

本發明為了解決上述技術問題，基于上述工作原理采用如下技術方案：

提供一種雙波長光延遲光纖溫度傳感器，其特征是：包括雙波長光發射模塊、光耦合器、波長選擇器、光接收模塊、信號處理與控制模塊、傳輸光纖、傳感光纖和光環行器；

在所述信號處理與控制模塊的控制下，雙波長光發射模塊同時發出兩個不同波長的光信號即第一光信號和第二光信號，光信號經光耦合器耦合后注入傳輸光纖，光信號通過傳輸光纖達到第1只光環行器，不同波長的第一光信號和第二光信號均通過第1只光環行器，光信號由第1只光環行器的一端口①到二端口②，再到達所述波長選擇器；其中第一光信號的波長與波長選擇器的反射波長一致，反射回到第1只光環行器的二端口②，反射后的光信號由三端口③輸出，再由傳輸光纖傳輸進入所述傳感光纖，得到溫度變化引起延遲的光信號，延遲的光信號再經傳輸光纖傳輸到第2只光環行器的一端口①，通過第2只光環行器的二端口②輸出，到達波長選擇器，并反射回到第2只光環行器的二端口②，通過第2只光環行器的三端口③輸出，傳送到光接收模塊；第二光信號直接通過波長選擇器，到達第2只光環行器的二端口②，并通過光環行器的三端口③輸出，傳送到光接收模塊；

光接收模塊接收第一光信號和第二光信號，并將第一光信號和第二光信號轉換成電信號后再傳輸到信號處理與控制模塊；信號處理與控制模塊測量溫度變化引起兩個波長信號的傳輸相對延遲時間，并依據相對延遲時間計算得到傳感溫度。

所述雙波長光發射模塊采用兩只半導體激光器或采用固體激光器，通過直接強度調制或間接強度調制，同時發射連續正弦波或脈沖光波信號。?

所述光耦合器采用1′2或2′2光纖耦合器來實現，或者通過光學元件構建耦合功能來完成兩路光信號耦合到一根光纖中。

所述光接收模塊采用PIN或APD光電探測器，探測由傳輸光纖送達的光信號，并將光信號轉換成電信號放大后輸出，送達信號處理與控制模塊。

所述光環行器采用3端口光纖環行器來實現，或通過光學元件構建3端口光學環行器來實現光路的功能。

所述波長選擇器為光纖光柵或干涉濾光片，能實現對某一個特定波長的反射和對其它波長的透射。

所述傳輸光纖為石英（SiO₂）多模光纖或單模光纖，或塑料光纖。

所述傳感光纖為石英（SiO₂）多模光纖或單模光纖。

所述信號處理與控制模塊可采用高精度模擬和數字電路來產生和控制發射信號,并測量接收到的兩個波長信號的傳輸相對延遲時間，由此來計算溫度。