基于微波光子的毫米级海水皮表温剖面探测仪制造技术

本发明专利技术提供了一种基于微波光子的毫米级海水皮表温剖面探测仪，包括：宽带光源模块、微波光子链路和解调系统；宽带光源模块与微波光子链路光路连接，微波光子链路与解调系统电路连接；解调系统，用于判断微波光子链路中单模光纤的色散效应发生的时域脉冲时移是否发生变化，以及通过时移变化量确定传感位置及传感幅度大小。该剖面探测仪可以更快更精确地实现对海水皮表垂直剖面温度精细化观测，具有可调整测量空间分辨率的灵活观测模式。

【技术实现步骤摘要】
基于微波光子的毫米级海水皮表温剖面探测仪
本专利技术涉及光纤海洋皮表温度传感
，尤其涉及一种基于微波光子的毫米级海水皮表温剖面探测仪。
技术介绍
海水的温度是海洋最基本的物理参数之一，海洋环境监测和水下目标探测等在温度数据获取过程中需要采用高速的数据获取方式和高空间和温度分辨率的技术，如定位潜艇的活动轨迹、研究海气界面能量传输与耦合规律等就要求传感器能够实时精确地获取海表皮温度的数据变化。然而，依靠传统的测量方法，如红外辐射探测方式受到气候环境变化和空间分辨率等因素限制，影响测量数据的准确性。传统的温盐深仪受到自身尺寸的限制，在水下的空间分辨率较低且响应速度较慢。因此，亟需一种可以克服以上技术存在的不足，同时实现海气界面的海水垂直剖面温度的精细化观测与可调整空间测量分辨率的剖面探测仪。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于微波光子的毫米级海水皮表温剖面探测仪，以解决现有技术问题中存在的缺陷。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。一种基于微波光子的毫米级海水皮表温剖面探测仪，包括：宽带光源模块、微波光子链路和解调系统；所述宽带光源模块与微波光子链路光路连接，所述微波光子链路与解调系统电路连接；所述解调系统，用于判断微波光子链路中单模光纤的色散效应发生的时域脉冲时移是否发生变化，以及通过时移变化量确定传感位置及传感幅度大小。优选地，所述微波光子链路包括：顺序光路连接的强度调制器、第二偏振控制器、光环形器、色散补偿光纤、光电探测器，以及与所述光电探测器顺序电路连接的带通滤波器、电放大器和功分器，所述功分器一端与所述强度调制器电路连接，另一端与所述解调系统电路连接；所述微波光子链路还包括与所述光环形器光路连接的光纤光栅阵列；所述强度调制器包括射频输入端口和光输入输出端口，第一偏振控制器输出的光载波加载到光输入端口，微波振荡信号被调制到光载波上，通过光输出端口输出至第二偏振控制器上，偏振校正后进入光环形器；所述光纤光栅阵列用于对经过光环形器后的光进行不同波长不同延迟位置强反射；所述色散补偿光纤用于实现波长与延时的转换；所述光电探测器将光信号转变为电信号，该电信号被带通滤波器进行滤波以及通过电放大器放大后，由功分器分成两部分，其中一部分加载到强度调制器的射频端，形成闭环环路，另一部分作为微波信号的输出，传输到解调系统。优选地，所述光纤光栅阵列为温度传感探头结构，包括单模光纤、光纤光栅和耦合器。优选地，所述温度传感探头结构为固定空间分辨率的传感探头封装结构，包括带有光纤光栅传感单元的光纤链、两个固定基板以及盖板；所述两个固定基板以一定间隔平行的固定在同一平面上，所述光纤链通过U形波浪结构固定于两个固定基板上；所述两个基板上均刻有多个并列的U型槽，所述U型槽的槽宽大于所述光纤的直径，两个基板上的U形槽位置交错相对，所述U型槽用于将U形波浪结构的弯曲处通过胶合剂固定于其中，所述光纤链中的每个光纤光栅传感单元位于两个基板之间，相邻光纤光栅传感单元位置上下对应且垂直距离相等；所述盖板覆盖于所述基板上部且位于光纤链的上表面，用于保护所述光纤链。优选地，所述温度传感探头结构为可调谐空间分辨率的传感探头封装结构，包括双剪叉式升降台结构和光纤链；所述双剪叉式升降台结构的每个叉臂与相邻层叉臂的铰接处设置有通孔；所述光纤链呈U形波浪结构通过双剪叉式升降台结构的通孔，光纤链位于两个升降架的同侧，且U形波浪结构的弯曲处通过胶合剂固定于各个通孔上，所述光纤链上的光纤光栅传感单元上下对应，通过双剪叉式升降台结构的升降调节光纤链上的光纤光栅传感单元的垂直距离。优选地，所述带有光纤光栅传感单元的光纤链包括通过同一个光纤连接的多个传感单元，每个传感单元包括一个光纤光栅传感单元、单模光纤、导热金属套管和两个固定塞；所述光纤光栅传感单元刻写于所述单模光纤上，所述单模光纤套装于所述导热金属套管中间，所述光纤光栅位于导热金属套管内部，且导热金属套管内部与单模光纤的间隙使用导热液体填充，导热金属套管两端与单模光纤之间的间隙通过固定塞密封固定。优选地，所述宽带光源模块包括光路连接的宽带光源和第一偏振控制器，宽带光源用于产生稳定的宽光谱光源；所述第一偏振控制器用于控制所述宽带光源产生的宽谱连续偏振光的偏振态。优选地，所述解调系统包括电路连接的频率解调电路和显示模块，所述频率解调电路判断微波光子链路中单模光纤的色散效应发生的时域脉冲时移是否发生变化，以及通过时移变化量确定传感位置及传感幅度大小并传输至所述显示模块。优选地，所述频率解调电路为电路连接的控制电路和数字信号处理器，所述显示模块为显示器。优选地，所述相邻光纤光栅传感单元中心的上下垂直距离为0.8mm-100mm，对应空间分辨率为0.8mm-100mm。由上述本专利技术的基于微波光子的毫米级海水皮表温剖面探测仪提供的技术方案可以看出，本专利技术利用微波光子滤波器产生稳定高Q值的微波信号，将慢速、低分辨率的光波长测量转化为快速高精度的微波频率测量，提高温度探测的精度、响应速率、信噪比和动态范围。同时利用固定空间分辨率平台可实现空间0.8mm固定精度测量；利用可调谐空间分辨率平台结合光纤的小尺寸灵活设计的特点，可实现最大100mm可变空间分辨率的温度测量；可以更快、更精确地实现对海水皮表垂直剖面温度精细化观测，具有可调整测量分辨率的灵活观测模式。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为实施例一的基于微波光子的毫米级海水皮表温剖面探测仪的结构示意图；图2为实施例一的温度传感探头结构示意图；图3为传感单元的封装结构示意图；图4为实施例二的温度传感探头结构立体示意图；图5为实施例二的温度传感探头结构侧视图；图6为实施例二的温度传感探头结构主视图；图7为实施例二的温度传感探头结构俯视图；附图标记说明：1宽带光源模块、2微波光子链路、3解调系统、4宽带光源、5第一偏振控制器、6强度调制器、7第二偏振控制器、8光环形器、9光纤光栅阵列、10耦合器、11单模光纤、12光纤光栅、13色散补偿光纤、14光电探测器、15带通滤波器、16电放大器、17功分器、18频率解调电路、19显示模块、20导热金属套管、21导热液体、22固定塞、23固定基板、24X形固定支架、25金属顶板、26叉臂、27通孔。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于微波光子的毫米级海水皮表温剖面探测仪，其特征在于，包括：宽带光源模块、微波光子链路和解调系统；/n所述宽带光源模块与微波光子链路光路连接，所述微波光子链路与解调系统电路连接；/n所述解调系统，用于判断微波光子链路中单模光纤的色散效应发生的时域脉冲时移是否发生变化，以及通过时移变化量确定传感位置及传感幅度大小。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于微波光子的毫米级海水皮表温剖面探测仪，其特征在于，包括：宽带光源模块、微波光子链路和解调系统；
所述宽带光源模块与微波光子链路光路连接，所述微波光子链路与解调系统电路连接；
所述解调系统，用于判断微波光子链路中单模光纤的色散效应发生的时域脉冲时移是否发生变化，以及通过时移变化量确定传感位置及传感幅度大小。


2.根据权利要求1所述的探测仪，其特征在于，所述微波光子链路包括：顺序光路连接的强度调制器、第二偏振控制器、光环形器、色散补偿光纤、光电探测器，以及与所述光电探测器顺序电路连接的带通滤波器、电放大器和功分器，所述功分器一端与所述强度调制器电路连接，另一端与所述解调系统电路连接；
所述微波光子链路还包括与所述光环形器光路连接的光纤光栅阵列；
所述强度调制器包括射频输入端口和光输入输出端口，第一偏振控制器输出的光载波加载到光输入端口，微波振荡信号被调制到光载波上，通过光输出端口输出至第二偏振控制器上，偏振校正后进入光环形器；
所述光纤光栅阵列用于对经过光环形器后的光进行不同波长不同延迟位置的强反射；
所述色散补偿光纤用于实现波长与延时的转换；
所述光电探测器将光信号转变为电信号，该电信号被带通滤波器进行滤波以及通过电放大器放大后，由功分器分成两部分，其中一部分加载到强度调制器的射频端，形成闭环环路，另一部分作为微波信号的输出，传输到解调系统。


3.根据权利要求1所述的探测仪，其特征在于，所述光纤光栅阵列为温度传感探头结构，包括单模光纤、光纤光栅和耦合器。


4.根据权利要求3所述的探测仪，其特征在于，所述温度传感探头结构为固定空间分辨率的传感探头封装结构，包括带有光纤光栅传感单元的光纤链、两个固定基板以及盖板；
所述两个固定基板以一定间隔平行的固定在同一平面上，所述光纤链通过U形波浪结构固定于两个固定基板上；
所述两个基板上均刻有多个并列的U型槽，所述U型槽的槽宽大于所述光纤的直径，两个基板上的U形槽位置交错相对，所述U型槽用于将U形波浪结构的弯曲处通过胶合剂固定于其中，所述光纤链中的每个光纤光栅传感单元位于两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹彬，侯本然，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东;37