[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

本發明公開一種光纖溫度傳感器，包括：第一光纖跳線的兩端分別連接寬帶光源的輸出端和第一單模光纖的一端，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；第一單模光纖的另一端與單孔雙芯偏心光纖的一端連接，其連接點作為第一熔接點；單孔雙芯偏心光纖的另一端與第二單模光纖的一端連接，其連接點作為第二熔接點，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寬譜光產生反諧振效應；第二單模光纖的另一端與第二光纖跳線的一端連接；第二光纖跳線的另一端連接光譜儀，光譜儀根據光信號確定光纖溫度傳感器所在環境的溫度。本發明實現了高分辨率和大動態范圍溫度測量。

技術領域

本發明涉及光纖溫度測量技術領域，更具體地，涉及一種光纖溫度傳感器。

背景技術

準確的溫度測量在航空航天、高功率穩定性激光器和高精度數控機床等工程應用系統中是十分重要的。光纖溫度傳感器主要是探測外界環境溫度的變化，與普通的電傳感器相比，光纖傳感器無電磁干擾，耐腐蝕性強，易制造，低成本，響應快和高探測靈敏度。

為了滿足工程應用領域對溫度大動態范圍高分辨率測量的需求，國內外研究人員對光纖溫度測量進行了大量的研究。在大動態范圍光纖測溫方面，提出了基于特種光纖微結構器件的溫度測量：基于懸浮芯光纖的在線干涉結構實現了20℃～1100℃的大動態范圍溫度測量，但其溫度靈敏度僅有11pm/℃，且傳感器尺寸為2.4cm；基于空芯光纖錯位的在線干涉結構實現了125μm的傳感器尺寸和200℃～900℃的大動態范圍溫度測量，但其溫度靈敏度僅有41.9pm/℃；因此，采用特種光纖微結構器件的方法一般可達到微型化尺寸的目的，且實現大動態范圍的溫度測量，但測量靈敏度均比較低，限制了高分辨率的光纖溫度測量。在高分辨率光纖溫度測量方面，提出了多種熱敏材料涂覆在光纖傳感結構上并采用功率強度解調的測量方法：基于強度解調的石墨烯涂覆微納光纖的溫度傳感器靈敏度可達0.1052dB/℃，基于聚合物涂覆光纖微腔的溫度傳感器靈敏度為0.13dB/℃；兩種不同材料的涂覆均可實現最小可探測分辨率小于0.01℃；因此，采用熱敏材料涂覆光纖傳感結構的方法達到了溫度增敏的效果，實現了高分辨率光纖測溫目的，然而，該方法限制了大動態范圍的溫度測量。綜上所述，目前已有的光纖溫度傳感器在滿足傳感結構微型化尺寸的同時，并不能實現高分辨率和大動態范圍溫度同時測量的目標。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于解決目前已有的光纖溫度傳感器在滿足傳感結構微型化尺寸的同時，并不能實現高分辨率和大動態范圍溫度同時測量的目標的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供一種光纖溫度傳感器，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。

可選地，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；