[發明專利]基于級聯錐形二模光纖結構的高靈敏溫度傳感器及測試裝置

有效

• 申請號: 202011077059.2
• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112254838B
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發明（設計）人: 張祖興;謝李沁
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;G02B6/255
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳國強

本發明公開了一種基于級聯錐形二模光纖結構的高靈敏溫度傳感器及測試裝置，該傳感器包括參考錐形二模光纖、傳感錐形二模光纖；所述參考錐形二模光纖和傳感錐形二模光纖包括錐形二模光纖，錐形二模光纖的兩端各連接一個第一單模光纖，其中錐形二模光纖區域包括未拉錐區、過渡區和融錐區，參考錐形二模光纖和傳感錐形二模光纖通過第二單模光纖連接；該傳感器的輸入端與寬帶光源連接，輸出端與光譜儀連接，傳感器中的傳感錐形二模光纖放置于溫度控制器中，構成測試裝置。本發明提出的基于級聯錐形二模光纖結構的高靈敏溫度傳感器可用于精確地遠程測量溫度變化量，特別是在油井，煤礦等場合。

技術領域

本發明涉及光纖傳感技術領域，尤其涉及一種基于級聯錐形二模光纖結構的高靈敏溫度傳感器及測試裝置。

背景技術

溫度是許多領域的基本且重要的物理參數，例如工業制造，生物醫學，燃料存儲等。特別是在油井，煤礦等場合，尤其需要精確地遠程測量溫度變化量。由于光纖設備具有結構緊湊，制造方便的優點，目前許多用于溫度監測的光纖傳感器被大力開發，可將溫度狀態轉換為可測量的光信號。

到目前為止，各種不同的光纖溫度傳感器已被開發出來，用于檢測溫度的變化。如今，使用光纖光柵、空芯光纖或其他特殊光纖是用于制作溫度傳感器的常用方法。比如，一種基于光纖布拉格光柵陣列的傳感探頭，該探頭安裝在射頻熱消融設備上，以提供準確分布的熱模式測量。還有一種在空芯光纖中使用充滿二甲基硅氧烷的空氣微氣泡干涉儀作為溫度傳感器。然而，以上所提到的傳感器要么靈敏度低，要么結構復雜。眾所周知，錐形光纖由于其高非線性、強衰減場等特點，可用于各種光纖器件。錐形光纖的另一大優點是通過低損耗的光纖融合，可與光纖系統兼容并集成，可以考慮以錐形光纖作為溫度傳感器。

為了獲得更高的靈敏度，游標效應已被引入，用于放大靈敏度。與單個結構相比，級聯配置的靈敏度可以提高數倍。通過級聯兩個具有稍微不同的自由光譜范圍的錐形光纖來誘導游標效應，可以解決這一難題。并且如果傳感性能與級聯結構之間的光纖長度無關，則可以通過改變連接兩個結構的光纖長度，實現用于遙測的溫度傳感器。

發明內容

本發明的目的在于提出一種基于級聯錐形二模光纖結構的高靈敏溫度傳感器及測試裝置，實現一種簡單，低成本，對溫度敏感并且適用于遙測的全光纖溫度傳感器。

本發明采用以下技術方案：

一種基于級聯錐形二模光纖結構的高靈敏溫度傳感器，包括參考錐形二模光纖、傳感錐形二模光纖；所述參考錐形二模光纖和傳感錐形二模光纖均包括錐形二模光纖，錐形二模光纖的兩端各連接一個第一單模光纖，其中錐形二模光纖區域包括依次連接的未拉錐區、過渡區和融錐區，參考錐形二模光纖的一端和傳感錐形二模光纖的一端通過第二單模光纖連接；所述參考錐形二模光纖的另一端作為輸入端，所述傳感錐形二模光纖另一端作為輸出端。

進一步的，所述融錐區為均勻拉錐結構。

進一步的，所述參考錐形二模光纖的自由光譜范圍是3.28nm。

進一步的，所述和傳感錐形二模光纖的自由光譜范圍是3.08nm。

一種基于級聯錐形二模光纖結構的高靈敏溫度傳感器的測試裝置，包括基于級聯錐形二模光纖結構的高靈敏溫度傳感器、寬帶光源、光譜儀以及溫度控制器；所述寬帶光源連接至基于級聯錐形二模光纖結構的高靈敏溫度傳感器的輸入端，光譜儀連接至基于級聯錐形二模光纖結構的高靈敏溫度傳感器的輸出端，所述傳感錐形二模光纖放置于溫度控制器中，調節溫度，在光譜儀中能夠觀察到光譜隨著溫度的變化而產生漂移。

進一步的，所述基于級聯錐形二模光纖結構的高靈敏溫度傳感器、寬帶光源、光譜儀以及溫度控制器之間的連接方式均為光纖熔接。

進一步的，所述寬帶光源的光源波長范圍為1250nm至1650nm。

進一步的，所述溫度控制器的溫度調節范圍為25℃至60℃。