[發(fā)明專利]一種基于金屬化光纖傳感的吸收體溫度特性瞬態(tài)測量裝置有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202011424786.1 | 申請日： | 2020-12-08 |
| 公開（公告）號： | CN112611478B | 公開（公告）日： | 2022-05-17 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 馬明祥;汪杰;徐馥芳;李瑩穎;萬伏彬;易騰;謝玉波;羅玉昆;胡青青 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國人民解放軍軍事科學(xué)院國防科技創(chuàng)新研究院 |
| 主分類號： | G01K11/32 | 分類號： | G01K11/32 |
| 代理公司： | 湖南兆弘專利事務(wù)所(普通合伙) 43008 | 代理人： | 周長清 |
| 地址： | 100071 *** | 國省代碼： | 北京;11 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 基于 金屬化 光纖 傳感 吸收體 溫度 特性 瞬態(tài) 測量 裝置 | ||
1.一種基于金屬化光纖傳感的吸收體溫度特性瞬態(tài)測量裝置，其特征在于，包括：
泵浦激光器(1)、光纖波分復(fù)用器(2)、摻鉺光纖(3)、金屬化光纖測溫陣列(4)、光纖濾波器(5)、2×2光纖耦合器(6)、光纖隔離器(7)、1×2光纖耦合器(8)、法珀腔掃描干涉儀(9)、高速光電探測器(10)和頻譜分析與時頻分析模塊(11)；
所述泵浦激光器(1)的輸出端與光纖波分復(fù)用器(2)的輸入端連接，用于輸入泵浦激光信號；
所述光纖波分復(fù)用器(2)的兩輸出端分別與摻鉺光纖(3)和金屬化光纖測溫陣列(4)連接，分別輸出激光信號；
所述摻鉺光纖(3)的輸入端與光纖波分復(fù)用器(2)上遠(yuǎn)離泵浦激光器(1)的輸出端連接，摻鉺光纖(3)的輸出端與2×2光纖耦合器(6)連接；所述摻鉺光纖(3)作為增益介質(zhì)；
所述金屬化光纖測溫陣列(4)的輸入端與光纖波分復(fù)用器(2)上靠近泵浦激光器(1)的輸出端連接，金屬化光纖測溫陣列(4)的輸出端與光纖濾波器(5)連接；所述金屬化光纖測溫陣列(4)包含N路結(jié)構(gòu)相同且串聯(lián)相接的金屬化光纖測溫探頭，N≥3；
所述2×2光纖耦合器(6)的輸入端分別與摻鉺光纖(3)和光纖濾波器(5)連接，所述2×2光纖耦合器(6)中靠近摻鉺光纖(3)一側(cè)的光纖尾端與光纖隔離器(7)連接，用于輸出激光信號；所述光纖隔離器(7)的輸出端與1×2光纖耦合器(8)連接；所述1×2光纖耦合器(8)的輸出端分別與法珀腔掃描干涉儀(9)和高速光電探測器(10)連接；通過法珀腔掃描干涉儀(9)檢測輸出激光的縱模結(jié)構(gòu)；所述高速光電探測器(10)的輸出端與頻譜分析與時頻分析模塊(11)連接，激光信號在高速光電探測器(10)中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后，再輸入頻譜分析與時頻分析模塊(11)，以實現(xiàn)溫度傳感信號解調(diào)，完成吸收體平均溫度變化的瞬態(tài)測量；
每路所述金屬化光纖測溫探頭包括光纖環(huán)形器(12)和金屬化光纖(13)；通過所述光纖環(huán)形器(12)實現(xiàn)激光信號在環(huán)形腔內(nèi)單向傳輸，所述金屬化光纖(13)用作激光傳輸和溫敏介質(zhì)；
所述泵浦激光器(1)與光纖波分復(fù)用器(2)、摻鉺光纖(3)、金屬化光纖測溫陣列(4)、光纖濾波器(5)、2×2光纖耦合器(6)、光纖隔離器(7)共同構(gòu)成諧振腔內(nèi)嵌套N段金屬化光纖(13)的摻鉺光纖環(huán)形激光器，用于實現(xiàn)多縱模激光輸出；所述摻鉺光纖環(huán)形激光器輸出的多縱模激光相互之間產(chǎn)生拍頻信號，通過檢測分析拍頻信號隨平均溫度變化的頻移量，即可提取所感知的溫度信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金屬化光纖傳感的吸收體溫度特性瞬態(tài)測量裝置，其特征在于，多縱模激光拍頻隨平均溫度變化的基本規(guī)律為：
式(1)中，νb表示摻鉺光纖環(huán)形激光器輸出的模式群落中任意兩個縱模之間的拍頻，為縱模間隔的整數(shù)倍；Δνb表示多縱模激光拍頻νb隨溫度變化的漂移量；表示由N段金屬化光纖所共同感知的平均溫度變化量；L1、L2、L3……LN分別表示N段金屬化光纖(13)的長度，L表示摻鉺光纖環(huán)形激光器的等效腔長；λm表示摻鉺光纖環(huán)形激光器輸出的模式群落中第m個縱模的波長；表示金屬化光纖的熱響應(yīng)系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于金屬化光纖傳感的吸收體溫度特性瞬態(tài)測量裝置，其特征在于，將N段金屬化光纖(13)在空間上沿軸向細(xì)分成k等份，各等份金屬化光纖上溫度分布均勻且相應(yīng)的溫度變化量為ΔTi，則式(1)轉(zhuǎn)化為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金屬化光纖傳感的吸收體溫度特性瞬態(tài)測量裝置，其特征在于，所述金屬化光纖測溫陣列(4)用于檢測N段金屬化光纖(13)傳輸路徑上溫度場的平均值瞬態(tài)變化；所述金屬化光纖(13)的涂覆層材料為金屬薄膜。
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