[發明專利]基于帶校正的雙耦合結構單模錯位光纖測量溫度的方法

在審

• 申請號: 201510554469.4
• 申請日: 2015-09-01
• 公開（公告）號: CN105092085A
• 公開（公告）日: 2015-11-25
• 發明（設計）人: 王芳;楊琳琳;王旭;于坤;郭彩霞;劉玉芳;李蕾
• 申請（專利權）人: 河南師范大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 新鄉市平原專利有限責任公司 41107
• 代理人: 路寬

技術領域

本發明屬于單模錯位光纖測溫技術領域，具體涉及一種基于帶校正的雙耦合結構單模錯位光纖測量溫度的方法。

背景技術

目前基于干涉理論的光纖傳感器的研究已取得多項研究成果，但也存在許多亟待解決的問題。由于輸出信號會受到光纖傳輸損耗、接續損耗、光纖震動和多重外界環境等影響，將嚴重引起光信號衰減的無規律性。雙光束干涉型光纖傳感器、多模干涉光纖傳感器和數字式干涉型光纖傳感器等在測溫領域得到逐步應用，但也存在許多不足之處，如對光源、光纖的性能要求嚴格、光路和信號處理系統復雜，需要考慮多種因素。由于干涉的復雜性，傳感器探測到的信號很弱，溫度分辨率不高，穩定性較差，這些都導致成本增加且對溫度傳感器系統的研究沒有保障。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供了一種基于帶校正的雙耦合結構單模錯位光纖測量溫度的方法，該方法通過錯位光纖結構，干涉的光信號經過耦合器產生特定波長的激光，然后通過分析不同溫度下相應的輸出激光波長來研究溫度傳感系統的性能，雙耦合結構分辨率高，性能穩定且靈敏度高，另外在錯位光纖單耦合部分的輸出還增加了干涉數據的校正算法處理功能，使得測溫結果得到校準，進一步提高了測溫的精度和準確度。

本發明為解決上述技術問題采用如下技術方案，基于帶校正的雙耦合結構單模錯位光纖測量溫度的方法，其特征在于具體步驟為：980nm泵浦光源發出的光信號依次通過980/1550nm波分復用器、多匝單模摻鉺光纖環、光學隔離器和錯位光纖，光信號在光纖中沿著纖芯傳播，當光信號通過錯位光纖熔接處時開始分解，其中一部分光信號進入包層形成包層模，另一部分光信號進入纖芯形成纖芯模，光信號在光纖中傳輸一段距離后包層模和纖芯模再次耦合進入同一根光纖中，兩種模式光信號在纖芯發生干涉；然后光信號經過第一光纖耦合器后一部分光信號直接輸出，經X型光開關后通過光譜分析儀、光電轉換器、DSP和示波器進行觀察分析，作為參考量，另一部分光信號經過由第一光纖耦合器和第二光纖耦合器組成的光纖環形器并選擇性輸出光信號，輸出的光信號經過第三光纖耦合器后其中一部分光信號經X型光開關后通過光譜分析儀、光電轉換器、DSP和示波器觀察，分析相應激光波長進而研究該溫度系統的規律并作為實驗量，另一部分光信號通過光纖進入980/1550nm波分復用器形成反饋，當光信號再次通過錯位光纖熔接處時再次發生干涉現象，而耦合器因錯位光纖處溫度不變選出的激光波長不變，若錯位光纖溫度改變，則經耦合器選擇得到的激光波長也發生相應的改變；設定不同的溫度，一方面由光譜分析儀采集輸出激光波長的偏移，并對相應輸出的激光信號參數采集和存儲，另一方面由干涉輸出得到校正值對激光波長測量值進行校正，最后根據對應不同溫度情況下所采集的相應輸出激光的波長參數得到波長-溫度曲線并校正，進而實現對未知溫度的精確測量。

本發明與現有技術相比具有以下優點：

（1）單模光纖避免了模式色散、模式噪聲以及多模光纖傳輸時附帶的許多其他效應；

（2）雙耦合結構簡單、制作成本低，與系統兼容性強，偏振相關損耗小，組成濾波器的兩個耦合器分光比和干涉臂長差取一定值時，可得到輸出波形通道平坦的波長交錯濾波器的功能，提高了系統的穩定性（波長交錯濾波器和梳狀濾波器類似）；

（3）常溫時錯位光纖干涉輸出加入校正算法，提高了測量準確度和精度；

（4）結構更緊湊、小巧簡單、不易受外界干擾、功耗低、造價低廉，靈敏度高；

（5）測量過程簡化，可以進行連續分布測量，方便迅速，便于復用。

附圖說明

圖1是本發明的光路原理圖。

圖面說明：1、980nm泵浦光源，2、980/1550nm波分復用器，3、摻鉺光纖環，4、光學隔離器，5、錯位光纖，6、第一光纖耦合器（90:10），7、第二光纖耦合器（90:10），8、第三光纖耦合器（90:10），9、X型光開關，10、光譜分析儀，11、光電轉換器，12、DSP，13、示波器，14、光纖。

具體實施方式

以下通過實施例對本發明的上述內容做進一步詳細說明，但不應該將此理解為本發明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發明上述內容實現的技術均屬于本發明的范圍。