光纤温度测量仪制造技术

本发明专利技术涉及一种光纤温度测量仪，特别是用于测量温度信号的由光纤和倾斜光纤光栅为传感基质的测量仪。采用倾斜光纤光栅对该传感器进行干涉谱测量及分析的方案。本发明专利技术公开了一种光纤温度测量仪，其技术方案如下：这种光纤温度测量仪，包括光源、单模光纤、微处理器等。其特点是：将传感器的干涉谱，耦合到光纤外，并使不同波长的光与光纤轴成不同的夹角。光电探测阵列放置于特定位置，使得经由光学透镜汇聚的光，照射到光电探测阵列的不同感光位置。本发明专利技术的有益效果是：利用光纤法布里－珀罗干涉腔作为温度传感元件。采用倾斜光纤光栅和光电探测阵列进行波长解调。测量仪结构紧凑、测量精度高、抗干扰，耐腐蚀，适合在恶劣环境下工作等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光纤温度测量仪，特别是用于测量温度信号的由光纤和倾斜光纤光栅为传感基质的测量仪，属于传感

技术介绍
光纤光栅是一种新型的光子器件，它是在光纤中建立起的一种空间周期性的折射率分布，可以改变和控制光在光纤中的传播行为。倾斜光纤光栅是利用特殊的写制方法，在光纤的纤芯内写入与光纤轴向成一定夹角的光栅。由此，可以将特定波长范围的光从光纤纤芯耦合到光纤包层中。光纤法布里-珀罗(F-P)温度传感器的原理是光纤法布里-珀罗(F-P)干涉腔。它是借助于某种装置，将被测温度参量的变化转换为作用于光纤F-P干涉腔中腔长的变化或折射率变化，从而引起干涉谱条纹的相位及间距的变化。通过标定并建立干涉谱条纹的相位及间距与被测温度量的变化关系，即可由干涉谱条纹的相位及间距的变化，测量并计算出被测温度量的变化。但是，现有的技术中，均是采用复杂的光谱测量仪器对光纤F-P传感器进行干涉谱的测量与分析，尚未有采用倾斜光纤光栅对该传感器进行干涉谱测量及分析的方案。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在利用光纤F-P温度传感器作为传感器件，采用倾斜光纤光栅和光电探测阵列对干涉谱进行测量，并采用微处理器对测量结果进行分析处理，构成光纤温度测量仪。可应用于各种接触式温度信号测量。本专利技术是一种新型的光纤温度测量仪，利用光纤F-P温度传感器作为传感器件，采用倾斜光纤光栅和光电探测阵列对干涉谱进行测量，并采用微处理器对测量结果进行分析处理。检索结果表明，目前尚没有与之一致的光纤温度测量仪的专利报导。本专利技术公开了一种光纤温度测量仪，其技术方案如下这种光纤温度测量仪，包括光源、单模光纤、光分路器、光纤F-P温度传感器、倾斜光纤光栅、导光装置、光学透镜、光电探测阵列及驱动电路、微处理器。其特点是用单模光纤分别将光源与光分路器、光分路器与传感器、光分路器与倾斜光纤光栅相连；倾斜光纤光栅浸埋到导光装置中，光电探测器阵列放置于光学透镜的焦平面上，并与微处理器及驱动电路相连。也就是利用倾斜光纤光栅和导光装置，将光纤F-P温度传感器的干涉谱，耦合到光纤外，并使不同波长的光与光纤轴成不同的夹角。光电探测阵列放置于光学透镜焦平面上的特定位置，使得经由光学透镜汇聚的光，照射到光电探测阵列的不同感光位置。微处理器驱动光电探测阵列，测量不同波长的光强并进行信号处理与分析，计算得出温度参量的变化。光源采用扫描激光器或宽带光源。其波段应能覆盖倾斜光纤光栅的波段。光源发出的宽带光，经传导用单模光纤和光分路器，入射到光纤F-P温度传感器。光纤F-P温度传感器后的干涉谱信号，其相位和间距与温度成一定的函数关系。可以利用其透射光或反射光进行测量。光纤F-P温度传感器的干涉光，经由光分路器入射到倾斜光纤光栅上。光经倾斜光纤光栅后，不同波长的光会以不同的夹角从倾斜光纤光栅纤芯耦合到包层中。由于光纤包层的折射率比空气的折射率大，因此，会存在全反射现象，使得某些波长的光无法从光纤的包层中耦合到空气中。采用导光装置，破坏全反射条件，将光信号从光纤的包层中导出。此时，耦合到空气中的光，其不同波长的光，与光纤轴向的夹角不同，但不同位置的同一波长的光，相互之间是平行的。因此，利用光学透镜，可以将这些不同波长的平行光汇聚到透镜焦平面的不同位置处。光电探测阵列即放置在对应的位置。此时，光电探测阵列的不同位置，即对应于不同波长的光。利用微处理器驱动光电探测阵列，获得空间各处的光强分布，即可计算得出干涉谱的分布，并进而计算出温度参量的变化。倾斜光纤光栅的波长随温度会发生微小的变化。但由于采集的信号是一个较宽范围的干涉谱，并且参与计算的物理量为干涉谱内干涉峰的间距(相对距离)。因此，倾斜光纤光栅的温度特性，并不会影响此光纤温度测量仪的测量精度。测试原理是对于光纤F-P传感器。设其两个光纤端面间距离为d，光纤端面之间为空气，折射率为1，光纤的端面反射率为R。当入射光为I0时，其反射光Ir为Ir=2R1+R2-2Rcos(4πdλ)I0---(1)]]>设测量得到相邻两个干涉峰极大值为λm和λm+1，则由(1)式可以计算得出光纤端面之间的距离d为d=λm+1λm2|λm+1-λm|---(2)]]>光纤F-P温度传感器的结构，使得光纤端面之间的距离d与温度之间存在一定的函数关系d＝f(T)(3) 则有T=f-1(λm+1λm2|λm+1-λm|)---(4)]]>即可由测量得到的干涉谱计算得出需要测量的温度值。对于倾斜光纤光栅，其耦合到光纤外部的光强，满足以下关系cos(θ)=λΛcos(ξ)-neffnclad---(5)]]>其中，θ出射光与光纤轴的夹角，λ为出射光波长，Λ为倾斜光栅的栅格周期，ξ为倾斜光栅的成栅平面与光纤法平面的夹角，neff为光纤的有效折射率，nclad为光纤包层的折射率。由此，由光纤F-P干涉腔反射回的不同波长的光，将在倾斜光栅的栅区，以不同的夹角耦合到光纤包层中。当在光纤外部采用折射率匹配液、光学镜组或光学玻璃等，使得光纤外部的折射率与光纤包层折射率相同时，这些光将被引出到光纤外部。对倾斜光栅的理论分析还表明，相同波长的出射光，彼此是平行的。因此，可以利用光学透镜将其汇聚到透镜的焦平面上。由透镜的基本原理可知，。不同波长的光，将汇聚到透镜焦平面的不同位置。光电探测阵列如CCD、光电二极管阵列等被放置于透镜的焦平面上。使得不同波长的光，汇聚到光电探测阵列的不同感光单元处。此时，不同感光单元所接收到的光强，即可代表不同波长的光的光强。通过驱动及AD转换电路，将光电探测阵列中各点光强转换为模拟信号，即可送入微处理器进行数据分析，计算得出待测温度值。本专利技术的有益效果是利用光纤F-P干涉腔作为温度传感元件。采用倾斜光纤光栅和光电探测阵列进行波长解调。基于光纤本身的优点，这种温度测量仪具有结构紧凑、测量精度高、抗干扰，耐腐蚀，适合在恶劣环境下工作等特点。附图说明图1是本专利技术的结构示意中1.光源 2.光分路器 3.光纤温度传感器 4.倾斜光纤光栅 5.导光装置6.光学透镜 7.光电探测阵列 8.微处理器及驱动电路 9.单模光纤具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。这种光纤温度测量仪，包括光源1，光分路器2，光纤温度传感器3，倾斜光纤光栅4，导光装置5，光学透镜6，光电探测阵列7，微处理器及驱动电路8、连接用单模光纤9。其特点是用单模光纤9分别将光源1与光分路器2、光分路器2与光纤F-P干涉腔3、光分路器2与倾斜光纤光栅4相连。倾斜光纤光栅4浸入或埋入到导光装置5中。光电探测器阵列7放置于光学透镜6的焦平面上，并与微处理器及驱动电路8相连。光电探测器阵列7的位置，需要根据光源1的工作波段的值进行调整，以使得能覆盖光源的工作波段。光源1可以是宽带光源或窄带可调谐光源。光分路器2可以是光耦合器、光环形器等光学器件。光纤温度传感器3可以是光纤F-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤温度测量仪，它包括：光源（１），光分路器（２），传感器（３），倾斜光纤光栅（４），导光装置（５），光学透镜（６），光电探测阵列（７），微处理器及驱动电路（８），连接用单模光纤（９），其特征在于：用单模光纤（９）分别将光源（１）与光分路器（２）、光分路器（２）与传感器（３）、光分路器（２）与倾斜光纤光栅（４）相连；倾斜光纤光栅（４）浸埋到导光装置（５）中，光电探测器阵列（７）放置于光学透镜（６）的焦平面上，并与微处理器及驱动电路（８）相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘波，开桂云，董孝义，刘艳格，袁树忠，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]