[發明專利]一種增益競爭溫度測量裝置

有效

• 申請號: 201810034580.4
• 申請日: 2018-01-15
• 公開（公告）號: CN108240874B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 王順;馮銘哲;王帥
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 33228 寧波市鄞州甬致專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 李迎春

本發明提供了一種增益競爭溫度測量裝置，包括依次相連的摻鉺光纖放大器、光纖隔離器、第一光纖耦合器；第一光纖耦合器的另一端分別設有第一光纖環形器和第二光纖環形器，第一光纖環形器的另一端和第二光纖環形器的另一端設有第二光纖耦合器，第二光纖耦合器的另一端與摻鉺光纖放大器的另一端相連，第二光纖耦合器的第三端還設有光譜分析儀；第一光纖環形器的第三端設有相連的可調光衰減器和第一布拉格光纖光柵，第二光纖環形器的第三端設有相連的溫度探測模塊和第二布拉格光纖光柵；第一布拉格光纖光柵的輸出功率與第二布拉格光纖光柵的輸出功率的差值小于1dBm。本發明利用兩個激光環形諧振腔產生增益競爭，提高探測模塊檢測溫度時的靈敏性。

技術領域

本發明涉及激光溫度測量裝置技術領域，尤其涉及一種增益競爭溫度測量裝置。

背景技術

準確的溫度測量在光纖通信和光纖傳感系統中是十分重要的。目前，高靈敏度溫度傳感是光纖傳感領域的一個重要研究方向，它在現代工業應用的許多層面都有涉及。由于光纖的一些優良特性：尺寸小、成本低、抗電磁干擾、耐高溫高壓等，基于光纖形式的溫度傳感器目前已成為溫度傳感領域的一個主流熱點；石墨烯是迄今為止導熱性最好的材料之一，因此可以被制成高靈敏度的溫度傳感器，同時它又具有極低的吸光系數，這就使其能夠與光纖波導完美貼合而不引入較大光學損耗而損壞波導結構。現有的一種利用石墨烯粉末在水環境下的“熱泳”效應吸附在微米光纖結構上的原理，制作了一種簡易的強度型溫度傳感器。利用該強度型溫度傳感器制作的溫度測量裝置包括摻鉺光纖放大器、光纖隔離器、光纖耦合器、光纖環形器、強度型溫度傳感器，只具有一個激光環形諧振腔，因此導致強度型溫度傳感器對外界環境溫度的感知不夠靈敏，即其對溫度測量的靈敏度較低，尤其在外界溫度變化幅度較小時，該強度型溫度傳感器無法檢測到溫度變化，因此現有的溫度測量裝置靈敏度較低、同時不便于及時、準確的觀測溫度變化。

發明內容

本發明提供了一種增益競爭溫度測量裝置，該溫度測量裝置的靈敏度較高，且便于觀測溫度變化。

本發明所采用的技術方案是，一種增益競爭溫度測量裝置，其特征在于，沿信號輸入到信號輸出方向，包括依次相連的摻鉺光纖放大器、光纖隔離器、第一光纖耦合器；所述的第一光纖耦合器的另一端分別設有第一光纖環形器和第二光纖環形器，所述的第一光纖環形器的另一端和第二光纖環形器的另一端設有第二光纖耦合器，所述的第二光纖耦合器的另一端與所述的摻鉺光纖放大器的另一端相連，所述的第二光纖耦合器的第三端還設有光譜分析儀；所述的第一光纖環形器的第三端設有依次相連的可調光衰減器和第一布拉格光纖光柵，所述的第二光纖環形器的第三端設有依次相連的溫度探測模塊和第二布拉格光纖光柵；所述的摻鉺光纖放大器包括依次相連的泵浦源、波分復用器和摻鉺光纖，所述的波分復用器的另一端與所述的光纖隔離器相連，所述的摻鉺光纖的另一端與所述的第二光纖耦合器相連；所述的溫度探測模塊包括溫度控制器，所述的溫度控制器上設有雙錐形微米結構光纖，所述的雙錐形微米結構光纖包括兩段錐形光纖，所述的兩段錐形光纖通過一段過渡光纖相連，所述的錐形光纖直徑較小的一端與所述的過渡光纖相連，所述的過渡光纖上涂覆有石墨烯層。

采用以上技術方案后，本發明與現有技術相比具有以下優點：

在本發明中，摻鉺光纖放大器、光纖隔離器、第一光纖耦合器、第一光纖環形器、可調光衰減器、第一布拉格光纖光柵、第二光纖耦合器合圍成第一激光環形諧振腔，摻鉺光纖放大器、光纖隔離器、第一光纖耦合器、第二光纖環形器、溫度探測模塊、第二布拉格光纖光柵及第二光纖耦合器合圍成第二激光環形諧振腔；利用第一激光環形諧振腔和第二激光環形諧振腔之間產生較為激烈的增益競爭現象，提高溫度探測模塊測量外界溫度變化時的靈敏度，然后再通過光譜分析儀得到第二激光環形諧振腔的輸出波長與輸出功率的曲線圖，最后根據該輸出功率與溫度之間的關系計算具體溫度值，因此本發明測量溫度時的靈敏度較高，且便于獲取溫度具體數值。

作為改進，所述的過渡光纖的直徑為5μm～7μm，長度為20mm～30mm，過渡光纖若太短則會導致第一激光環形諧振腔和第二激光環形諧振腔的測量精度較低。