[發明專利]閉環反饋式無源波導微型溫度傳感器

有效

• 申請號: 201410425898.7
• 申請日: 2014-08-26
• 公開（公告）號: CN104198084A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 胡鶴軒;鄧路;張曄
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明屬于光纖傳感和溫度檢測領域，尤其是用于易燃易爆或強電磁場等惡劣環境中溫度檢測的閉環反饋式無源波導微型溫度傳感器。

背景技術

對于諸如電力系統高壓強電磁場環境和石油、天燃氣管道、煤礦等易燃易爆環境，對溫度的檢測非常的迫切。一旦溫度超過閾值，將對人民的生命財產安全乃至國家的安全造成重大的破壞，因此急需進行有效的溫度監測。然而傳統的溫度傳感器多需提供外加電源方能工作，若在上述惡劣領域工作，會帶來很大的安全隱患。因此，迫切需要一種無源的溫度傳感器，實現對環境的溫度監測。

針對上述問題，目前業界已提出了基于光纖的溫度傳感系統。由普通的通信光纖作為傳感器。當外界施加在光纖上的物理量諸如應力等發生變化的時候，通過光纖的光的各個參量如相位、振幅、頻率等將會發生相應的變化。通過監測這些變化量即可探知外界的情況。目前，基于光纖的安全監控系統主要采用了基于光纖光柵（FBG）的溫度傳感技術。FBG技術已經發展的較為成熟，但是該方案靈敏度較低，無法檢測出微小的溫度變化。為了提高測溫傳感器的靈敏度，并使其體積小、結構緊湊和重量輕，業界開始采用Mach-Zehnder干涉儀作為測溫傳感器中的主要功能部件，但由于Mach-Zehnder干涉儀利用了兩路經歷了完全不同路徑的光路，這兩個光路相位和偏振的任何不穩定性都會導致Mach-Zehnder干涉儀不穩定，因此這極大限制了Mach-Zehnder干涉儀在實際工程當中的應用。

發明內容

發明目的：提供一種閉環反饋式無源波導微型溫度傳感器，以解決現有技術的上述問題。

技術方案：一種閉環反饋式無源波導微型溫度傳感器，包括光源、第一光纖耦合器、第二光纖耦合器、第三光纖耦合器、第一光電檢測電路和反饋回路；所述反饋回路包括依次連接的第二光電檢測電路、信號處理電路和光源驅動。

所述光源的光輸出端口與第一光纖耦合器的第一端口連接，所述第一光纖耦合器的第二端口和第三端口分別與第二光纖耦合器的第二端口、第三端口連接，且其中一路上設有受熱電極；所述第二光纖耦合器的第一端口與第三光纖耦合器的第一端口連接，所述第三光纖耦合器的第二端口和第三端口分別與第一光電檢測電路、第二光電檢測電路的第一端口連接，所述光源驅動的輸出端口與光源的輸入端口連接。

利用閉環反饋方式補償Mach-Zehnder干涉儀非線性帶來的誤差，所述光源為DFB同軸封裝激光器。

有益效果：本發明是無源裝置，可以應用于強電磁場、易燃易爆等惡劣場所；另外，本發明基于干涉的原理實現對溫度的探測，靈敏度高；采用光纖與傳感器相連，無電無輻射且光纖成本極低。

附圖說明

圖1是本發明的結構原理圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發明主要包括第一光纖耦合器2，第二光纖耦合器3，第三光纖耦合器4是1×2光纖耦合器。在本實施例中，光源采用DFB同軸封裝激光器。光纖采用康寧公司的G652光纖。第一光電檢測電路1和第二光電檢測電路2由光電二極管、運算放大器LF353以及相應的電阻、電容元件組成。

光源1發出的光經光源的光輸出端口1a送入第一光纖耦合器2中的第一端口2a中。光在第一光纖耦合器2中一分為二，分別通過其第二端口2b送入第二光纖耦合器3的第二端口3b和通過其第三端口2c送入第二光纖耦合器3的第三端口3c。其中一路上設有受熱電極。

光信號從第二光纖耦合器3的第一端口3a輸出，送入第三光纖耦合器4的第一端口4a。其中90％的光從第三光纖耦合器4的第二端口4b輸出，最終通過光纖經第一光電檢測電路5的輸入端口5a送入第一光電檢測電路5。

另一部分10％的光信號通過第三光纖耦合器4的第三端口4c輸出，送入第二光電檢測電路6的端口6a。第二光電檢測電路將光功率信號轉換為電壓信號，并通過第二光電檢測電路6的電端口6b經信號處理電路7的輸入端7a端口送入信號處理電路7中。信號經處理電路7處理后由其輸出端口7b送入光源驅動電路8的端口8a中。光源驅動電路根據輸入的信號調整光源驅動電流。電流信號經光源驅動電流8的輸出端口8b送入光源驅動1輸入端口1b。

當受熱電極周圍的溫度發生變化時，經過該位置光信號的相位將發生變化，采用Mach-Zehnder干涉儀將相位變化信息轉換為光功率信息，光電檢測電路將光功率信號轉為電壓信號。因此，通過檢測光電檢測電路的輸出電壓信號，即可間接得知外界的溫度信息。