一种基于掺铒光纤荧光特性的光纤测温系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于掺铒光纤荧光特性的光纤测温系统，包括电流驱动器，所述电流驱动器和激光二极管连接，激光二极管与光功率分配器输入端口连接，光功率分配器的输出端口分别与光功率计A和波分复用器连接，波分复用器分别与耐高温掺铒光纤和光功率计B连接，光功率计A和光功率计B分别与采样电路连接，采样电路与单片机连接。本基于掺铒光纤荧光特性的光纤测温系统，从激光二极管输入到光功率分配器的光能量，其中90％输出到波分复用器端口A，其中10％进入光功率计A，两组光强度被线性转换成电流信号输出同时进入采样电路，由单片机计算采样电路两个通道的电流信号输出结果的比值，通过比值的结果可以准确的计算出被测温度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于掺铒光纤荧光特性的光纤测温系统
本专利技术涉及光纤测温系统
，具体为一种基于掺铒光纤荧光特性的光纤测温系统。
技术介绍
目前市面上大部分变压器内部温度检测方式都是基于将荧光粉通过胶粘剂粘合到紫外石英光纤端面，通过检测荧光粉的荧光强度或者荧光时间来进行温度检测的，胶粘剂温度过高时容易分解，会影响变压器油的绝缘性能，限制了温度测量范围，荧光粉测温为点式测温，光纤传输部分并没有温度传感能力，紫外石英光纤价格昂贵，弯曲半径大，容易折断，成本高，针对这些缺陷，设计一种基于掺铒光纤荧光特性的光纤测温系统，是很有必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于掺铒光纤荧光特性的光纤测温系统，整根光纤都具有温度传感能力，传感头部分不使用胶粘剂或者荧光粉，体积小、成本低、测量温度范围大、抗干扰能力强，可以解决现有技术中的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于掺铒光纤荧光特性的光纤测温系统，包括电流驱动器，所述电流驱动器和激光二极管电连接，激光二极管与光功率分配器输入端口电连接，光功率分配器的输出端口分别与光功率计A和波分复用器电连接，波分复用器分别与耐高温掺铒光纤和光功率计B电连接，光功率计A和光功率计B分别与采样电路电连接，采样电路与单片机电连接；所述激光二极管由激光芯片、管座、管帽半导体激光二极管组成，管座中心设有激光芯片贴在用来散热的热沉上，在管座上靠近激光芯片下部封有半导体激光二极管，管座上表面固定有管帽且将激光芯片套在内部；所述波分复用器设有三个端口，左侧表面设有端口A，右侧表面设有端口B，正表面设有端口C；所述光功率分配器上端设有输入端口，下端分别设有输出端口A和输出端口B。优选的，所述耐高温掺铒光纤为单模石英掺杂铒离子光纤，端面为垂直于光纤输入方向的切割平面。优选的，所述端口A为输入光通道，端口B为双向全波段光通道，端口C为输出光通道。优选的，所述光功率计A为硅基光功率计，光功率计B为InGaAsP光功率计。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：本基于掺铒光纤荧光特性的光纤测温系统，电流驱动器为恒定电流驱动输出装置，专门用于对激光二极管提供稳定工作电流，保持激光二极管输出稳定的功率，从激光二极管输入到光功率分配器的光能量，其中90％输出到波分复用器端口A，从波分复用器端口B输出后进入耐高温掺铒光纤，荧光在耐高温掺铒光纤的输出端面处被反射，然后反向传输再次回到波分复用器的端口B，最后从波分复用器的端口C输出，从波分复用器的端口C输出的荧光信号进入光功率计B，光功率分配器的光能量，其中10％进入光功率计A，两组光强度被线性转换成电流信号输出同时进入采样电路，采样电路的采样结果输出到单片机，由单片机计算采样电路两个通道的电流信号输出结果的比值，通过比值的结果可以准确的计算出被测温度，整个系统中传感光纤部分不含任何胶黏剂或者荧光粉，具有抗电磁干扰、可在高电压环境运行、体积小、寿命长、成本低、测量温度范围大、抗干扰能力强、分布式测量等特点，特别适用于电力变压器内部温度检测。附图说明图1为本专利技术的整体模块连接图；图2为本专利技术的局部结构示意图；图3为本专利技术的局部结构示意图；图4为本专利技术的局部结构示意图。图中：1、单片机；2、电流驱动器；3、激光二极管；4、光功率分配器；5、波分复用器；6、耐高温掺铒光纤；7、光功率计A；8、光功率计B；9、采样电路；10、激光芯片；11、管座；12、管帽；13、半导体激光二极管；14、端口A；15、端口B；16、端口C；17、输入端口；18、输出端口A；19、输出端口B。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1-4，一种基于掺铒光纤荧光特性的光纤测温系统，包括电流驱动器2，所述电流驱动器2和激光二极管3连接，电流驱动器2为恒定电流驱动输出装置，专门用于对激光二极管3提供稳定工作电流，保持激光二极管3输出稳定的功率，激光二极管3由激光芯片10、管座11、管帽12和半导体激光二极管13组成，管座11中心设有激光芯片10贴在用来散热的热沉上，在管座11上靠近激光芯片10下部封有半导体激光二极管13，管座11上表面固定有管帽12且将激光芯片10套在内部，激光二极管3的波长为980nm，典型驱动电流0.5A，典型输出功率50mW，输出耦合方式为单模光纤，光功率分配器4是一种将输入光信号以一定的比例分配到多个端口输出的光学器件，光功率分配器4上端设有输入端口17，下端分别设有输出端口A18和输出端口B19，分配比例为1:9，激光二极管3与光功率分配器4的输入端口17连接，光功率分配器4的输出端口A18与光功率计A7连接，输出端口B19和波分复用器5的端口A14连接，波分复用器5为三端光学器件，传输光纤为单模光纤，端口A14为输入光通道，通过波段为980nm±20nm，端口B15为双向全波段光通道，通过波段为800-1600nm，端口C16为输出光通道，通过波段为1550nm±20nm，波分复用器5分别与耐高温掺铒光纤6和光功率计B8连接，耐高温掺铒光纤6为单模石英掺杂铒离子光纤，输入大功率980nm泵浦光输入的条件下会激发1550nm的荧光，端面为垂直于光纤输入方向的切割平面，以形成20％以上反射率，在固定强度的光信号输入条件下，所述耐高温掺铒光纤6中激发的荧光强度和温度相关，其规律是随着温度的升高，荧光强度增大，光功率计A7和光功率计B8分别与采样电路9连接，光功率计A7为硅基光功率计，峰值响应波长为850nm，在980nm波段的响应度不低于0.8A/W，光功率计B8为InGaAsP光功率计，峰值响应波长为1550nm，在1550nm波段的响应度不低于0.9A/W，采样电路9与单片机1连接，采样电路9为双通道电流采集电路，能够同时将两路电流信号转换为数字信号，整个系统中传感光纤部分不含任何胶黏剂或者荧光粉，具有抗电磁干扰、可在高电压环境运行、体积小、寿命长、成本低、测量温度范围大、抗干扰能力强、分布式测量等特点，特别适用于电力变压器内部温度检测。工作原理：电流驱动器2持续为激光二极管3提供稳定的工作电流，从激光二极管3输入到光功率分配器4的光能量，其中90％输出到波分复用器5端口A14，从波分复用器5端口B15输出后进入耐高温掺铒光纤6，在980nm激光的作用下，耐高温掺铒光纤6内部激发出波长为1550nm的荧光，荧光在耐高温掺铒光纤6的输出端面处被反射，然后反向传输再次回到波分复用器5的端口B15，最后从波分复用器5的端口C16输出，从波分复用器5的端口C16输出的荧光信号进入光功率计B8，其光强度以0.9A/W的转换效率被线性转换成电流信号输出，从激光二极管3输出到光功率分配器4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于掺铒光纤荧光特性的光纤测温系统，包括电流驱动器(2)，其特征在于：所述电流驱动器(2)和激光二极管(3)电连接，激光二极管(3)与光功率分配器(4)输入端口(17)电连接，光功率分配器(4)的输出端口分别与光功率计A(7)和波分复用器(5)电连接，波分复用器(5)分别与耐高温掺铒光纤(6)和光功率计B(8)电连接，光功率计A(7)和光功率计B(8)分别与采样电路(9)电连接，采样电路(9)与单片机(1)连接；/n所述激光二极管(3)由激光芯片(10)、管座(11)、管帽(12)和半导体激光二极管(13)组成，管座(11)中心设有激光芯片(10)贴在用来散热的热沉上，在管座(11)上靠近激光芯片(10)下部封有半导体激光二极管(13)，管座(11)上表面固定有管帽(12)且将激光芯片(10)套在内部；/n所述波分复用器(5)设有三个端口，左侧表面设有端口A(14)，右侧表面设有端口B(15)，正表面设有端口C(16)；/n所述光功率分配器(4)上端设有输入端口(17)，下端分别设有输出端口A(18)和输出端口B(19)。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于掺铒光纤荧光特性的光纤测温系统，包括电流驱动器(2)，其特征在于：所述电流驱动器(2)和激光二极管(3)电连接，激光二极管(3)与光功率分配器(4)输入端口(17)电连接，光功率分配器(4)的输出端口分别与光功率计A(7)和波分复用器(5)电连接，波分复用器(5)分别与耐高温掺铒光纤(6)和光功率计B(8)电连接，光功率计A(7)和光功率计B(8)分别与采样电路(9)电连接，采样电路(9)与单片机(1)连接；
所述激光二极管(3)由激光芯片(10)、管座(11)、管帽(12)和半导体激光二极管(13)组成，管座(11)中心设有激光芯片(10)贴在用来散热的热沉上，在管座(11)上靠近激光芯片(10)下部封有半导体激光二极管(13)，管座(11)上表面固定有管帽(12)且将激光芯片(10)套在内部；
所述波分复用器(5)设有...

【专利技术属性】
技术研发人员：王世有，
申请(专利权)人：大连世有电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21