一种光纤温度传感器解调系统技术方案

本发明专利技术涉及一种光纤温度传感器解调系统，可改善现有光纤温度传感器系统环境适应性差，光信号的抖动等因素变化对其性能影响较大的问题。该解调系统的硬件平台包括：宽谱光源、光纤耦合器、电动可调光纤延迟线、光纤温度传感探头、电光调制器、色散补偿光纤、高速光电探测器、低噪放、微波功分器、频谱仪、信号处理及显示模块。本发明专利技术结合光纤迈克尔逊干涉仪和光电振荡器，通过温度的变化来改变干涉仪的光程差，从而改变光电振荡器输出的微波信号的中心频率，实现光纤温度传感器解调，其温度探头制作简单，用普通单模光纤就可实现温度测量，该系统具有测量灵敏度可调、精度高、测量方法简单的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤温度传感器解调系统
本专利技术本专利技术主要应用于温度测量领域，特别是涉及一种光纤温度传感器解调系统。
技术介绍
在工程应用中和科学研究中，温度都是一个非常重要参考量，占有举足轻重的地位，传统的温度传感器以热电偶、半导体及铂合金为主，它们的测量原理简单成本较低，因而在实际应用中被广泛使用。与传统的温度传感器相比，光纤温度传感器是利用一些物质吸收的光谱会随着温度的变化而变化，再分析光纤传输的光谱实时得测量温度变化情况，它的测量精度较高，并且灵敏度实时可调。目前光纤温度传感器主要有光纤光栅，光纤法珀和光纤荧光等类型的传感器。由于光纤温度传感器采用的是一种和光纤折射率相匹配的温敏材料涂在光纤的表面，才使得光能够由一根光纤的反射面进入到另一根光纤，由于温敏材料易受温度影响，使得折射率改变，这样一来输出的光功率与温度成函数关系，因此可以作为手段测量温度的变化，但是光纤温度传感器的普遍的问题是对外界环境因素适应性差，光信号的抖动等因素的变化对传感器解调系统的性能影响很大。本专利技术提出了一种基于光纤迈克尔逊干涉仪和光电振荡器结合的光纤温度传感解调方法。通过温度的变化来改变干涉仪的光程差，从而改变光电振荡器输出的微波信号的中心频率来实现光纤温度传感器解调，温度测量灵敏度可优于0.3℃，且可对系统测量的灵敏度实时调节。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题克服现有的缺陷，提出一种新的光纤温度传感解调方法和系统，该系统通过温度的变化来改变干涉仪的光程差，从而改变光电振荡器输出的微波信号的中心频率来实现光纤温度传感解调，温度测量灵敏度可优于0.3℃，并可对系统测量灵敏度进行实时调节。为解决上述技术问题本专利技术采用的的技术方案如下：本专利技术通过采用一种光纤温度传感器解调方法和系统，其硬件平台包括：宽谱光源、光纤耦合器、电动可调光纤延迟线、光纤温度传感探头、光纤耦合器、电光调制器、色散补偿光纤、高速光电探测器、低噪放、微波功分器、频谱仪、信号处理及显示模块。所述宽谱光源可采用高斯型或矩形宽谱光源，待其进入一光纤耦合器，所述光纤耦合器的一个输出端和一电动可调光纤延迟线连接，所述光纤耦合器的另一输出端连接一个光纤温度传感探头；所述电动可调光纤延迟线的输出光和光纤温度传感探头的输出光经过光纤耦合器合束；所述光纤耦合器、电动可调光纤延迟线、光纤温度传感探头及光纤耦合器一起构成一个马赫曾德干涉仪，所述电动延迟线可调节干涉仪的两臂光程差；所述宽谱光源经该干涉仪后，在当干涉仪两臂光程差在光源相干范围内时，在干涉仪的输出端将产生干涉条纹，所述干涉条纹在频域上为一正弦梳状谱；所述马赫曾德干涉仪输出的梳状谱经过一处于正交工作点的电光调制器，则由光电振荡器产生的微波信号通过该电光调制器被调制到干涉梳状光谱上，所述光电振荡器由电光调制器、色散补偿光纤、高速光电探测器、低噪放和微波功分器组成；所述光载微波信号经过色散补偿光纤后入射到高速光电探测器上，所述高速光电探测器将光信号转换成微波信号，所述微波信号通过低噪放放大后经过一个微波功分器后，一部分微波信号注入到电光调制器中，一部分信号通过频谱仪来测量光电振荡器输出微波信号的中心频率，并通过信号处理及显示模块来记录该微波信号中心频率的变化。系统中的马赫曾德干涉仪和光电振荡器构成一个微波光子滤波器，通过可调光纤延迟线的延时量来实现微波信号中心频率的连续调节。为解决上述技术问题本专利技术采用的的技术方案，进一步阐述本专利技术采用的工作原理，本专利技术提出的光纤温度传感器解调系统的具体测量原理如下：所述宽谱光源经过马赫曾德干涉仪后，将发生干涉，干涉条纹的输出在频域上可表示为：其中A为干涉仪输出干涉条纹的可见度，Δω为不同干涉仪光程差nΔL时输出干涉条纹的频率间隔，为干涉仪的相位漂移，ω0为激光器的中心圆频率。Δω可表示为：Δω＝2πc/nΔL(2)其中c为光速，n为光纤折射率，ΔL为干涉仪两臂光纤长度差。则该干涉仪的自由光谱范围可表示为：干涉的输出光是与波长相关，其电场可表征为：E(t)＝∫E(ω)ejωtdω(4)则光源的光功率谱密度可表示为：T(ω)＝|E(ω)|2(5)干涉仪输出的干涉条纹经过电光调制器后，光谱的每个频率分量E(ω)都被调制，并且由光电振荡器环路产生一频率为ξ的微波信号，电光调制器输出的光场可表示为：E(ω)＝ejωt(1+ejξt+e-jξt)(6)光电振荡器中使用色散光纤作为延迟线，该时延线的电场传递函数可表示为：H(ω)＝|H(ω)|e-jφ(ω)(7)φ(ω)为待测光纤延迟引入的相位，根据泰勒级数展开，该相位可表示为：式中，τ(ω0)为中心频率ω0时的群时延，β为待测光纤的色散，其单位为ps2/km，β可表示为：式中D(ps/km/nm)为待测光纤的色散系数，λ0为光源波长。根据式(5)——(9)可得光电振荡器响应函数为：其中由此可知，光电振荡器输出的微波信号的中心频率可表示为：则光纤温度探头由于温度的变化而导致的干涉仪光程差的变化可表示为：上式中Δf0为中心频率的变化量。这种光程差的变化主要来源于光纤温度传感探头中光纤的折射率和长度发射的变化，其与温度T的关系是线性的，可表示为：Δ(nΔL)＝KT(13)由式(12)可知，根据光电振荡器输出微波信号的中心频率、宽谱光源的中心波长、光纤折射率、色散补偿光纤的长度及色散系数，就可以得到光纤温度传感探头由于温度的变化而导致的干涉仪光程差的变化量。本专利技术的有益效果在于：基于光纤迈克尔逊干涉仪和光电振荡器结合的光纤温度传感解调方法，可通过温度的变化来改变干涉仪的光程差，从而改变光电振荡器输出的微波信号的中心频率来实现光纤温度传感解调，其温度测量灵敏度可优于0.3℃，温度探头制作简单，用普通单模光纤就可实现温度测量，该方法具有测量灵敏度可调、精度高、测量方法简单的优点。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1为本专利技术光纤温度传感器解调系统框架示意图；附图中：101：宽谱光源102：光纤耦合器103：电动可调光纤延迟线104：光纤温度传感探头105：光纤耦合器106：电光调制器107：色散补偿光纤108：高速光电探测器109：低噪放201：微波功分器202：频谱仪203：信号处理及显示模块具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本专利技术，应理解下述具体实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。一种新的光纤温度传感器解调方法，是基于光纤迈克尔逊干涉仪和光电振荡器结合的光纤温度传感器解调方法。该方法通过温度的变化来改变干涉仪的光程差，从而改变光电振荡器输出的微波信号的中心频率来实现光纤温度传感解调，温度测量灵敏度可优于0.3℃，并可对系统测量灵敏度进行实时调节。如图1所示，所述一种光纤温度传感器解调系统，其硬件平台包括，宽谱光源101、光纤耦合器102、电动可调光纤延迟线103、光纤温度传感探头104、光纤耦合器105、电光调制器106、色散补偿光纤107、高速光电探测器108、低噪放109、微波功分器201、频谱仪202、信号处理及显示模块203。所述宽谱光源101可采用高斯型或矩形宽谱光源，待其进入一光纤耦合器102，所述光纤耦合器102的一个输出端和一电动可调光纤延迟线103连接，所述光纤耦合器102的另一输出端连接一个光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤温度传感器解调系统，其特征在于，它是一种基于光纤迈克尔逊干涉仪和光电振荡器相结合的光纤温度传感器解调系统，通过温度的变化来改变干涉仪的光程差，从而改变光电振荡器输出的微波信号的中心频率来实现光纤温度传感器解调，温度测量灵敏度可优于0.3℃，并能够对系统测量灵敏度进行实时调节。

【技术特征摘要】
1.一种光纤温度传感器解调系统，其特征在于，它是一种基于光纤迈克尔逊干涉仪和光电振荡器相结合的光纤温度传感器解调系统，通过温度的变化来改变干涉仪的光程差，从而改变光电振荡器输出的微波信号的中心频率来实现光纤温度传感器解调，温度测量灵敏度可优于0.3℃，并能够对系统测量灵敏度进行实时调节。2.根据权利要求1所述的一种光纤温度传感器解调系统，其特征在于，系统硬件平台包括：宽谱光源101、光纤耦合器102、电动可调光纤延迟线103、光纤温度传感探头104、光纤耦合器105、电光调制器106、色散补偿光纤107、高速光电探测器108、低噪放109、微波功分器201、频谱仪202、信号处理及显示模块203。3.根据权利要求2所述的一种光纤温度传感器解调系统，其特征在于，宽谱光源101可采用高斯型或矩形宽谱光源，待其进入一光纤耦合器102，所述光纤耦合器102的一个输出端和一电动可调光纤延迟线103连接，所述光纤耦合器102的另一输出端连接一个光纤温度传感探头104；所述电动可调光纤延迟线103的输出光和光纤温度传感探头104的输出光经过光纤耦合器105合束；所述光纤耦合器102、电动可调光纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：张群，
申请(专利权)人：张群，
类型：发明
国别省市：江西,36