[發明專利]一種光纖溫度傳感器解調方法

在審

• 申請號: 201811225718.5
• 申請日: 2018-10-21
• 公開（公告）號: CN109084908A
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發明（設計）人: 張群
• 申請（專利權）人: 張群
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種新的光纖溫度傳感器解調方法，可改善現有光纖溫度傳感器系統環境適應性差，光信號的抖動等因素變化對其性能影響較大的問題。本方法結合光纖邁克爾遜干涉儀和光電振蕩器，通過溫度的變化來改變干涉儀的光程差，從而改變光電振蕩器輸出的微波信號的中心頻率，實現光纖溫度傳感器解調，其溫度探頭制作簡單，用普通單模光纖就可實現溫度測量，該系統具有測量靈敏度可調、精度高、測量方法簡單的優點。

技術領域

本發明本發明主要應用于溫度測量領域，特別是涉及一種光纖溫度傳感器解調方法。

背景技術

在工程應用中和科學研究中，溫度都是一個非常重要參考量，占有舉足輕重的地位，傳統的溫度傳感器以熱電偶、半導體及鉑合金為主，它們的測量原理簡單成本較低，因而在實際應用中被廣泛使用。與傳統的溫度傳感器相比，光纖溫度傳感器是利用一些物質吸收的光譜會隨著溫度的變化而變化，再分析光纖傳輸的光譜實時得測量溫度變化情況，它的測量精度較高，并且靈敏度實時可調。

目前光纖溫度傳感器主要有光纖光柵，光纖法珀和光纖熒光等類型的傳感器。由于光纖溫度傳感器采用的是一種和光纖折射率相匹配的溫敏材料涂在光纖的表面，才使得光能夠由一根光纖的反射面進入到另一根光纖，由于溫敏材料易受溫度影響，使得折射率改變，這樣一來輸出的光功率與溫度成函數關系，因此可以作為手段測量溫度的變化，但是光纖溫度傳感器的普遍的問題是對外界環境因素適應性差，光信號的抖動等因素的變化對傳感器解調系統的性能影響很大。

本發明提出了一種基于光纖邁克爾遜干涉儀和光電振蕩器結合的光纖溫度傳感解調方法。通過溫度的變化來改變干涉儀的光程差，從而改變光電振蕩器輸出的微波信號的中心頻率來實現光纖溫度傳感器解調，溫度測量靈敏度可優于0.3℃，且可對系統測量的靈敏度實時調節。

發明內容

本發明要解決的技術問題克服現有的缺陷，提出一種新的光纖溫度傳感解調方法和系統，該系統通過溫度的變化來改變干涉儀的光程差，從而改變光電振蕩器輸出的微波信號的中心頻率來實現光纖溫度傳感解調，溫度測量靈敏度可優于0.3℃，并可對系統測量靈敏度進行實時調節。

為解決上述技術問題本發明采用的的技術方案如下：本發明通過采用一種光纖溫度傳感器解調方法和系統，其硬件平臺包括：寬譜光源、光纖耦合器、電動可調光纖延遲線、光纖溫度傳感探頭、光纖耦合器、電光調制器、色散補償光纖、高速光電探測器、低噪放、微波功分器、頻譜儀、信號處理及顯示模塊。

所述寬譜光源可采用高斯型或矩形寬譜光源，待其進入一光纖耦合器，所述光纖耦合器的一個輸出端和一電動可調光纖延遲線連接，所述光纖耦合器的另一輸出端連接一個光纖溫度傳感探頭；所述電動可調光纖延遲線的輸出光和光纖溫度傳感探頭的輸出光經過光纖耦合器合束；所述光纖耦合器、電動可調光纖延遲線、光纖溫度傳感探頭及光纖耦合器一起構成一個馬赫曾德干涉儀，所述電動延遲線可調節干涉儀的兩臂光程差；所述寬譜光源經該干涉儀后，在當干涉儀兩臂光程差在光源相干范圍內時，在干涉儀的輸出端將產生干涉條紋，所述干涉條紋在頻域上為一正弦梳狀譜；所述馬赫曾德干涉儀輸出的梳狀譜經過一處于正交工作點的電光調制器，則由光電振蕩器產生的微波信號通過該電光調制器被調制到干涉梳狀光譜上，所述光電振蕩器由電光調制器、色散補償光纖、高速光電探測器、低噪放和微波功分器組成；所述光載微波信號經過色散補償光纖后入射到高速光電探測器上，所述高速光電探測器將光信號轉換成微波信號，所述微波信號通過低噪放放大后經過一個微波功分器后，一部分微波信號注入到電光調制器中，一部分信號通過頻譜儀來測量光電振蕩器輸出微波信號的中心頻率，并通過信號處理及顯示模塊來記錄該微波信號中心頻率的變化。系統中的馬赫曾德干涉儀和光電振蕩器構成一個微波光子濾波器，通過可調光纖延遲線的延時量來實現微波信號中心頻率的連續調節。

為解決上述技術問題本發明采用的的技術方案，進一步闡述本發明采用的工作原理，本發明提出的光纖溫度傳感器解調系統的具體測量原理如下：

所述寬譜光源經過馬赫曾德干涉儀后，將發生干涉，干涉條紋的輸出在頻域上可表示為：