[發(fā)明專利]基于光纖自相位調(diào)制效應(yīng)的溫度傳感系統(tǒng)及測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110484542.0
• 申請(qǐng)日: 2021-04-30
• 公開（公告）號(hào): CN113188676B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程同蕾;陳曉雨;閆欣;張學(xué)楠;王方;李曙光
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號(hào): G01K11/32
• 分類號(hào): G01K11/32
• 代理公司: 沈陽東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

1.一種基于光纖自相位調(diào)制效應(yīng)的溫度傳感系統(tǒng)，其特征在于，包括光源模塊、光纖傳感模塊、溫度調(diào)節(jié)模塊、檢測(cè)模塊，光源模塊與光纖傳感模塊相連，光纖傳感模塊與檢測(cè)模塊相連；所述光纖傳感模塊由微結(jié)構(gòu)傳感光纖和普通光纖組成，微結(jié)構(gòu)傳感光纖的兩端分別熔接一段普通光纖，形成三段式的整體結(jié)構(gòu)，所述微結(jié)構(gòu)傳感光纖包括包層、包層中的氣孔和內(nèi)層氣孔包圍而成的六邊形纖芯；

所述光源模塊用于提供光脈沖信號(hào)；

所述溫度調(diào)節(jié)模塊用于改變待測(cè)溫度；

所述光纖傳感模塊用于檢測(cè)溫度調(diào)節(jié)模塊的溫度；

所述檢測(cè)模塊用于顯示自相位調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生光譜的變化；

所述微結(jié)構(gòu)傳感光纖的六邊形纖芯的內(nèi)接圓直徑范圍為5μm～20μm，包層直徑范圍為125μm～200μm，包層中空氣孔直徑范圍為2μm～20μm，空氣孔間隔范圍為10μm～50μm；微結(jié)構(gòu)傳感光纖長(zhǎng)度范圍為20-50cm；

所述的光源模塊為全光纖鎖模激光器，輸出激光工作波長(zhǎng)為1560nm，脈寬為200fs。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖自相位調(diào)制效應(yīng)的溫度傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述微結(jié)構(gòu)傳感光纖材料包括石英光纖、碲酸鹽光纖、硫化物光纖、氟化物光纖，普通光纖包括多模光纖、單模光纖。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖自相位調(diào)制效應(yīng)的溫度傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度調(diào)節(jié)模塊包括水浴加熱鍋、恒溫恒濕箱、加熱電線圈。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖自相位調(diào)制效應(yīng)的溫度傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測(cè)模塊包括光譜儀、示波器。

5.一種采用權(quán)利要求1所述的一種基于光纖自相位調(diào)制效應(yīng)的溫度傳感系統(tǒng)的溫度測(cè)量方法，其特征在于，包括：

步驟1：拉制光纖傳感模塊中的微結(jié)構(gòu)傳感光纖，測(cè)量光纖傳感模塊中微結(jié)構(gòu)傳感光纖的熱光系數(shù)與熱膨脹系數(shù)；

步驟2：計(jì)算拉制后的微結(jié)構(gòu)傳感光纖的有效模面積；

步驟3：通過溫度調(diào)節(jié)模塊改變待測(cè)溫度，計(jì)算拉制后的微結(jié)構(gòu)傳感光纖在不同溫度下的非線性系數(shù)與群速度色散；

步驟4：通過檢測(cè)模塊測(cè)量拉制后的微結(jié)構(gòu)傳感光纖在不同溫度下經(jīng)自相位調(diào)制效應(yīng)感應(yīng)頻譜的展寬大小σ；

步驟5：計(jì)算拉制后的微結(jié)構(gòu)傳感光纖在不同溫度下的自相位調(diào)制效應(yīng)感應(yīng)頻譜的展寬因子σ/σ₀：

式中，σ₀表示初始頻譜寬度，φ_max表示微結(jié)構(gòu)傳感光纖在一定溫度下自相位調(diào)制感應(yīng)頻譜的最大非線性位移，L表示微結(jié)構(gòu)傳感光纖在一定溫度下的長(zhǎng)度，L_D表示微結(jié)構(gòu)傳感光纖在一定溫度下的色散長(zhǎng)度；

其中，

式中，L_eff表示微結(jié)構(gòu)傳感光纖在一定溫度下的有效長(zhǎng)度，L_NL表示微結(jié)構(gòu)傳感光纖在一定溫度下的非線性長(zhǎng)度，α表示微結(jié)構(gòu)傳感光纖在一定溫度下的損耗，γ表示微結(jié)構(gòu)傳感光纖在一定溫度下的非線性系數(shù)，P₀表示光脈沖峰值功率；

步驟6：計(jì)算拉制后的微結(jié)構(gòu)傳感光纖在不同溫度下自相位調(diào)制效應(yīng)感應(yīng)頻譜帶寬的差異Δσ表示為：

步驟7：計(jì)算拉制后的微結(jié)構(gòu)傳感光纖在不同溫度C₁、C₂下自相位調(diào)制效應(yīng)的溫度傳感靈敏度S表示為:

△C＝C₁-C₂。