[發明專利]一種光纖溫度傳感器

有效

• 申請號: 201810085724.9
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN108332876B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 魯平;倪文軍;劉德明;傅鑫;廖浩
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春;李智

1.一種光纖溫度傳感器，其特征在于，包括：寬帶光源、第一光纖跳線、第一單模光纖、單孔雙芯偏心光纖、第二單模光纖、第二光纖跳線以及光譜儀；

所述第一光纖跳線的兩端分別連接所述寬帶光源的輸出端和所述第一單模光纖的一端，所述寬帶光源用于提供寬譜光，第一光纖跳線用于將寬譜光引入第一單模光纖；

所述第一單模光纖的另一端與所述單孔雙芯偏心光纖的一端連接，其連接點作為第一熔接點；

所述單孔雙芯偏心光纖的另一端與所述第二單模光纖的一端連接，其連接點作為第二熔接點，所述第一熔接點、單孔雙芯偏心光纖和第二熔接點依次連接形成了在線馬赫澤德干涉結構并對所述寬譜光產生反諧振效應，其中，在線馬赫澤德干涉結構和反諧振效應對所述寬譜光的影響與光纖溫度傳感器所在環境溫度相關；所述單孔雙芯偏心光纖的長度為0.8mm～1.2mm；

所述第二單模光纖的另一端與所述第二光纖跳線的一端連接；

所述第二光纖跳線的另一端連接光譜儀，所述第二光纖跳線用于將通過在線馬赫澤德干涉結構和反諧振效應疊加形成的光信號導入光譜儀，使得所述光譜儀根據所述光信號確定所述光纖溫度傳感器所在環境的溫度；

所述光譜儀對所述光信號進行快速傅里葉濾波，將疊加光譜中高階包層模與纖芯模干涉形成的梳狀光譜濾出，由于高階包層模的熱光系數要高于低階包層模，故快速傅里葉濾波方法濾出的高階梳狀光譜可以獲得較高的溫度靈敏度；

所述光譜儀對所述光信號進行高斯擬合，由于反諧振效應的溫度靈敏度取決于單孔雙芯偏心光纖包層的熱光系數，由于光纖包層的熱光系數很低，故反諧振效應獲得的溫度靈敏度較低；

所述光譜儀對所述光信號分別進行快速傅里葉濾波和高斯擬合，并對快速傅里葉濾波后的光譜數據進行波長解調，濾出光譜中的高階梳狀光譜，對濾出來的梳狀光譜的極小值點進行高斯擬合，所得極小值點高斯擬合曲線隨溫度的增加向長波長方向漂移；分別選取所述極小值點高斯擬合曲線以及對所述光信號進行高斯擬合后的高斯擬合曲線的極小值點，從而分別確定梳狀光譜中的極小值點波長和諧振波長，所述光譜儀根據所述梳狀光譜中極小值點波長和所述光信號的諧振波長與溫度的變化關系確定所述光纖溫度傳感器所在環境的溫度，其中，所述梳狀光譜中的極小值點波長隨所在環境溫度的變化的靈敏度為第一溫度靈敏度，所述光信號的諧振波長隨所在環境溫度的變化的靈敏度為第二溫度靈敏度，第一溫度靈敏度大于第二溫度靈敏度且二者為不同數量級，故所述光纖溫度傳感器適用于高分辨率和大動態范圍溫度測量。

2.根據權利要求1所述的光纖溫度傳感器，其特征在于，所述單孔雙芯偏心光纖的兩端分別與所述第一單模光纖的另一端和所述第二單模光纖的一端均采用包層對準熔接，且所述第一熔接點和所述第二熔接點均為塌陷的熔接點。

3.根據權利要求1所述的光纖溫度傳感器，其特征在于，所述單孔雙芯偏心光纖的空氣孔位于其中心位置，且空氣孔的直徑為20μm～50μm。

4.根據權利要求1所述的光纖溫度傳感器，其特征在于，所述單孔雙芯偏心光纖的雙芯所處位置分別為懸掛在包層內壁和插入包層中，且雙芯分布在空氣孔兩側。

5.根據權利要求1所述的光纖溫度傳感器，其特征在于，所述單孔雙芯偏心光纖的纖芯和包層直徑與普通單模光纖的相同。