[發明專利]一種基于多芯光纖的溫度傳感器

有效

• 申請號: 202011231077.1
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112414581B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 丁暉;樂春峽;陳宸
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 弋才富

一種基于多芯光纖的溫度傳感器，包括第一單模光纖、多芯光纖和第二單模光纖；寬帶光源入射到第一單模光纖的一端，單模光纖的另一端通過熔接方式與多芯光纖的一端連接，多芯光纖的另一端通過熔接的方式與第二單模光纖的一端連接，第二單模光纖的另一端連接至光譜分析儀；所述的多芯光纖是指由于倏逝場耦合作用使各纖芯之間發生能量交換進而形成耦合光譜的微結構光纖，可通過對多芯通信光纖經高溫熔融拉錐，或設計強耦合多芯光纖的光纖預制棒，再通過對光纖預制棒拉絲得到；本發明利用多芯光纖的耦合光譜會隨溫度變化發生漂移機理，通過光譜儀監測光譜漂移量進而實現對溫度的測量；具有結構緊湊、制作工藝簡單、傳輸損耗低、測量靈敏度高、測量范圍寬等優點。

技術領域

本發明屬于溫度測量技術領域，具體涉及一種基于多芯光纖的溫度傳感器。

背景技術

溫度測量技術在工農業生產，航空航天、國防科技、石油化工、電力工業等領域有著廣泛而重要的應用。相較于傳統的電學溫度傳感器，光纖溫度傳感器具有響應溫度范圍廣、響應線性好、精度高、耐腐蝕、安全、抗電磁干擾等優點。目前光纖測溫系統主要包括光纖光柵測溫系統、基于法布里-珀羅(F-P)腔的光纖測溫系統、分布式光纖測溫系統等。

光纖光柵測溫系統在測溫領域有著廣泛的應用，普通的布拉格光纖光柵是利用光纖的光敏特性，通過紫外寫入法在光纖上形成光柵而制成，利用光柵受溫度調制波長發生變化的原理，通過解析波長變化信息獲得溫度信息。光纖光柵長期處于高溫狀態下會發生退敏，使其測量可靠性受到影響。

基于F-P腔的光纖測溫系統是利用光在F-P腔內多次反射產生干涉光譜。當環境溫度變化時，光譜中的干涉波長會發生變化，通過檢測波長變化可以獲得被測溫度信息。此類型的溫度傳感器受限于F-P腔的制作工藝，插入損耗高，F-P腔端面反射率低。

分布式光纖測溫系統是利用光纖將溫度對光纖內傳輸的光波參量進行調制，并對調制過的光波信號進行解調檢測，從而獲得待測溫度的一種技術方案。分布式光纖測溫系統的測量原理主要是依據光纖的時域反射理論合光纖的后向拉曼散射溫度效應。整個測溫系統包括泵浦脈沖激光光源、觸發模塊、波分復用器、傳感光纖、光信號接收放大模塊、數據處理器等組成，并需要專門的解調算法和處理函數。解調系統較為復雜，同時測量結果的穩定性以及如何抑制應力對溫度測量結果的影響始終是困擾分布式光纖測溫系統實際應用的難點。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種基于多芯光纖的溫度傳感器，具有結構緊湊，制作工藝簡單，測量靈敏度高，且測量范圍寬的特點。

為達到上述目的，本發明采用的方案是：

一種基于多芯光纖的溫度傳感器，包括第一單模光纖2、多芯光纖3和第二單模光纖4；寬帶光源1入射到第一單模光纖2一端，單模光纖2的另一端通過熔接方式與多芯光纖3的一端連接，多芯光纖3的另一端通過熔接的方式與第二單模光纖4的一端連接，第二單模光纖4的另一端連接至光譜分析儀5。

所述的多芯光纖3是指由于倏逝場耦合使相鄰纖芯之間發生能量交換進而形成耦合光譜的微結構光纖，通過以下兩種方式之一獲得：

(1)經高溫熔融拉錐得到兩邊是錐區3-1、3-3，中部為纖腰區3-2的多芯光纖3；

(2)通過對光纖預制棒拉絲得到芯間距為9μm～12μm的強耦合多芯光纖，相鄰纖芯之間能發生強的倏逝場耦合。

所述的多芯光纖3經高溫熔融拉錐得到時，纖芯之間的芯間距為30μm～42μm，相鄰纖芯之間不發生倏逝場耦合。

所述的多芯光纖3包括7芯光纖、5芯光纖、9芯光纖、19芯光纖。