[發明專利]基于光纖色散波的溫度傳感器及溫度測量系統

有效

• 申請號: 202110435232.X
• 申請日: 2021-04-22
• 公開（公告）號: CN113138035B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 程同蕾;陳曉雨;閆欣;張學楠;王方;李曙光
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01K11/324
• 分類號: G01K11/324
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

本發明公開一種基于光纖色散波的溫度傳感器及溫度測量系統，溫度傳感器由普通光纖和微結構光纖組成；所述微結構光纖兩端與普通光纖熔接，構成光纖溫度傳感器；所述微結構光纖的氣孔中填充有溫度敏感物質。溫度測量系統由光源模塊、光纖傳感器和檢測模塊組成。其中，光源模塊與光纖傳感器相連，光纖傳感器與檢測模塊相連。當溫度變化時，光纖傳感器中產生的色散波的3dB帶寬中心波長發生改變，通過檢測輸出光譜3dB帶寬中心波長的改變實現溫度傳感。本發明提出的光纖溫度傳感器及溫度測量系統，簡化了光纖傳感器結構、提高了光纖傳感的靈敏度和測量精度、機械強度高，測量系統全光纖化，是實現溫度檢測的有效手段。

技術領域

本發明涉及光學溫度傳感技術領域，尤其涉及一種基于光纖色散波的溫度傳感器及溫度測量系統。

背景技術

色散波又稱為契倫科夫輻射，是超連續譜重要的組成部分，當光脈沖在微結構光纖中傳輸時，脈沖波形受到多種非線性效應共同作用從而致使輸入脈沖的頻譜被極大地展寬，例如群速度色散、自相位調制、受激拉曼散射及自陡峭等。當脈沖頻譜展寬到零色散波長附近，在高階色散的影響下滿足相位匹配條件時，高階孤子將在正常色散區輻射出色散波，色散波的中心波長相對于孤子的中心波長不僅能夠向長波段紅移，還能向短波段藍移。近年來，色散波被廣泛應用于生物光學、超連續譜產生、超短脈沖的高效頻率轉換器等方面。

光纖傳感器由于體積小、耐腐蝕、抗電磁干擾等優點在傳感領域備受青睞。根據光纖在傳感器中的作用光纖傳感器分為功能型、非功能型和拾光型三類；根據光脈沖受被測對象的調制形式分為強度調制型光纖傳感器、偏振調制光纖傳感器、頻率調制光纖傳感器、相位調制光纖傳感器。溫度傳感器作為傳感器中的最早開發，應用最廣的一類傳感器，占整個傳感器總需求量的40％以上。但是，光纖溫度傳感器依然存在著機械強度低、結構復雜、穩定性差、難以批量化生產等難題。由于基于光纖色散波的溫度傳感器無需復雜的傳感結構，且機械強度高與穩定性強，因此為研發高性能溫度傳感器提供了新的有效途徑。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明提供一種基于光纖色散波的溫度傳感器及溫度測量系統。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：一種基于光纖色散波的溫度傳感器，由微結構光纖和普通光纖組成；所述微結構光纖的兩端分別熔接一段普通光纖，形成三段式的整體結構。

所述微結構光纖包括：包層、包層中的氣孔和內層氣孔包圍而成的六邊形纖芯；所述氣孔中填充有溫度敏感物質。

所述微結構光纖六邊形纖芯的內接圓直徑范圍為5um～10um，包層直徑范圍為20um～40um，包層中空氣孔直徑范圍為2um～3um。

進一步的，所述微結構光纖的長度范圍為20～30cm。

所述微結構光纖為石英微結構光纖或氟化物微結構光纖。

所述普通光纖為多模光纖或單模光纖。

所述溫度敏感物質為酒精。

另一方面，本發明還提供一種采用上述溫度傳感器設計的溫度測量系統，包括：光源模塊、溫度傳感器和檢測模塊；

所述光源模塊與溫度傳感器的一端相連，提供光脈沖傳輸至溫度傳感器；

所述溫度傳感器感應溫度變化，使得色散波3dB帶寬的中心波長發生改變，并將信號發送給檢測模塊；

所述檢測模塊與溫度傳感器的輸出端相連接，用于顯示光信號光譜的變化。

進一步的，所述光源模塊為全光纖鎖模激光器，輸出激光工作波長范圍在1050nm。

所述檢測模塊為光譜儀或示波器中的一種。

采用上述技術方案所產生的有益效果在于：