[發明專利]基于混沌相關光纖環衰蕩技術的光纖光柵溫度傳感器

在審

• 申請號: 201810958864.2
• 申請日: 2018-08-22
• 公開（公告）號: CN108801500A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 楊玲珍;劉紅利;馮亞強;薛平平;王娟芬;張朝霞
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 北京恒創益佳知識產權代理事務所(普通合伙) 11556
• 代理人: 付金豹

本發明公開了一種基于混沌自相關光纖環衰蕩技術的光纖光柵溫度傳感器，由混沌光纖激光器和光纖衰蕩環兩部分組成；其中混沌光纖激光器采用環形腔結構，用波長980nm的半導體激光器作為泵浦源，6m的摻鉺光纖作為增益介質，利用光纖的非線性克爾效應產生混沌激光，混沌激光通過光耦合器進入到光纖衰蕩環中，光纖衰蕩環由兩個光耦合器，一個光隔離器和一個FBG組成；光纖環輸出端接到一個光電探測器上，光電探測器再連到示波器上，通過電腦采集示波器上的數據并進行處理；通過建立光纖衰蕩環中混沌自相關峰的衰蕩時間與溫度之間的關系來實現溫度傳感及對FBG中心波長的解調。

技術領域

本發明涉及光纖傳感器領域，尤其涉及的是一種基于混沌相關光纖環衰蕩技術的光纖光柵溫度傳感器。

背景技術

光纖傳感技術是20世紀70年代伴隨著光纖通信技術的發展而迅速發展起來的，是以光波為載體，光纖為媒質，感知和傳輸外界被測量信號的傳感技術。與傳統的傳感器相比，光纖傳感器具有一系列的獨特優點，如靈敏度高，頻帶寬，動態范圍大，抗電磁干擾，耐腐蝕，耐高壓，防爆、防燃，光路可撓曲性好，易于實現遠距離測量等。光纖傳感器可以測量很多的物理量，如壓力，應變，溫度，折射率，磁場強度以及氣體濃度。其中溫度作為科學研究中最常見的一個物理量，在很多方面都需要用到，故溫度的精確測量就顯得十分重要，而在比較特殊的環境，如易爆、易燃、高電壓以及強電磁場情況下，電傳感器會受到很大的影響，其使用便會受到限制，而此時將光纖傳感用于測溫就具有獨特的優勢。近年來，光纖布拉格光柵已成為了最常見的溫度傳感元件。光纖布拉格光柵(FBG)作為一種新型的光纖器件，其中心波長在外界壓力和溫度的影響下會發生漂移。FBG溫度傳感器自問世之后便受到了很高的重視，已被進行了大量的研究。目前，FBG用作溫度傳感大都是采用寬帶光作為光源，再通過光譜儀來觀測其中心波長在溫度變化后的漂移來達到傳感的目的。這種測量方法的分辨率與所采用的的光譜儀的分辨率有關，且裸FBG的溫度靈敏度比較低，其溫度敏感度僅為0.01nm/℃左右，其次，光譜儀的使用也會增加成本。

發明內容

本發明針對現有技術的不足提供一種基于混沌自相關光纖環衰蕩技術的光纖光柵溫度傳感器，解決了FBG測溫對光譜儀的依賴，使得FBG溫度傳感的分辨率免受于光譜儀的限制。同時在制作光纖環時不需要考慮環長與脈沖的脈寬及周期間的相互關系，并可以簡化裝置中的光源部分。

一種基于混沌自相關光纖環衰蕩技術的光纖光柵溫度傳感器，由混沌光纖激光器和光纖衰蕩環兩部分組成；其中混沌光纖激光器采用環形腔結構，用波長980nm的半導體激光器作為泵浦源，6m的摻鉺光纖作為增益介質，利用光纖的非線性克爾效應產生混沌激光，混沌激光通過光耦合器進入到光纖衰蕩環中，光纖衰蕩環由兩個光耦合器，一個光隔離器和一個FBG組成；光纖環輸出端接到一個光電探測器上，光電探測器再連到示波器上，通過電腦采集示波器上的數據并進行處理；通過建立光纖衰蕩環中混沌自相關峰的衰蕩時間與溫度之間的關系來實現溫度傳感及對FBG中心波長的解調。

所述的基于混沌自相關光纖環衰蕩技術的光纖光柵溫度傳感器，混沌光纖激光器由半導體激光器、波分復用器、摻鉺光纖、單模光纖、可調濾波器、第一光耦合器、偏振控制器、光隔離器組成環形腔結構，980nm的半導體激光器作為泵浦源連接到波分復用器，波分復用器將不同波長的光合并到光纖中傳輸，6m長的摻鉺光纖作為增益介質；腔中的可調濾波器用來改變激光器的輸出波長，調節范圍為1542—1560nm,通過偏振控制器來調節光的偏振態，光隔離器確保環形腔內光的單向傳輸；10％的混沌激光從第一光耦合器輸出，90％的光繼續在腔內循環；利用光纖的非線性克爾效應實現混沌激光的產生，通過調節泵浦源和偏振控制器來獲得最好的混沌狀態。