本发明专利技术提供了一种基于光电振荡器的增敏式温度测量装置，包括：激光器、强度调制器、延迟线干涉仪、位于待测信号所在空间的敏感臂光纤单元、参考臂光纤单元、光电探测器、微波放大器、带通滤波器、功分器和频率测量部分，利用强度调制器产生含有载波f0和一阶单边带f1两种频率分量的光信号，之后利用延迟线干涉仪分离两种频率分量，使其分别沿参考臂与敏感臂光纤传输后，返回延迟线干涉仪合并输出相位含有待测温度信号的光信号，然后将待测温度信号导致的光相位变化转换成光电振荡器输出微波信号的频率变化。本发明专利技术还提供了一种增敏式温度测量方法。本发明专利技术提供的装置可以有效提高温度检测的灵敏度。测的灵敏度。测的灵敏度。
【技术实现步骤摘要】
一种基于光电振荡器的增敏式温度测量装置及方法
[0001]本专利技术属于光纤传感系统
，特别是涉及一种基于光电振荡器的增敏式温度测量装置及方法。
技术介绍
[0002]温度测量技术在国民生产生活的各个领域都得到了广泛的应用，例如安全检测、能源勘探、航空航天、生物医学等领域，最早人们利用电学传感技术进行温度测量，其灵敏度较低，且易受电磁干扰。光纤传感技术的发展为温度测量提供了新思路，与传统的电学传感器相比，光纤传感器结构简单、体积小、质量轻、损耗少、耐腐蚀、抗电磁干扰、适用于恶劣环境。
[0003]目前的光纤温度测量器大多数是通过干涉仪的结构将待测温度信号引起的相位变化转换成光功率的变化，但干涉式温度测量系统的灵敏度无法满足某些领域高灵敏度的需求。为了提高传感器的灵敏度，利用光电振荡器可以将光信号的改变转换成射频域内电信号的频率变化，可以极大地提高传感器的灵敏度。但在待测温度信号很微弱时，基于光电振荡器传感系统的灵敏度会不满足检测的要求，故还需要对基于光电振荡器温度测量系统进行增敏，以满足微弱温度信号检测的需求。
[0004]专利文献CN107084713A公开了一种基于光电振荡器的角速度测量速度装置，包括光源、第一偏振控制器、光电调制器、Sagnac干涉仪、光电探测器、带通滤波器、微波放大器和功分器，所述Sagnac干涉仪包括：光环形器、第二偏振控制器、光分束器、Sagnac环、旋转台、偏振器；所述第一偏振控制器的输入端与所述光源连接、输出端与所述电光调制器连接，所述电光调制器通过光纤连接所述Sagnac干涉仪，所述光电探测器的输入端与所述偏振器连接、输出端与所述带通滤波器连接，所述微波放大器的输入端与所述带通滤波器连接、输出端与所述功分器连接，所述功分器输出的电信号中的一部分加载到电光调制器的射频端，形成光电振荡器的环路，另一部分作为微波信号的输出。该装置需要对输入信号进行偏振操作，方便后续信号计算，但由于需要执行多次偏振操作会导致最终信号中存在噪点，影响最终的结果。
[0005]专利文献CN108731789B公开了一种基于光电振荡器的水声探测装置，包括：激光光源电路、光电振荡环路和频率解调电路；所述激光光源电路，用于产生连续单频激光，输出光载波给光电振荡环路；所述光电振荡环路，用于通过传感探头将水声压强信号转化为光纤光栅的压力信号，所述光纤光栅的压力与所述光纤光栅的谐振波长有关，利用激光源、第一偏振控制器、相位调制器、单模光纤、光环形器、传感探头和光电探测器构成微波光子滤波器，所述微波光子滤波器的中心频率由激光器中心频率和传感探头的光纤光栅的谐振波长共同决定，所述微波光子滤波器将所述光载波调制成双边带调制信号，将所述双边带调制信号转变为电信号，将所述电信号传输给所述频率解调电路；所述的频率解调电路，用于采用数字信号频率解调技术解调出所述电信号的频率变化信息，获取所述微波光子滤波器的中心频率，根据所述微波光子滤波器的中心频率获取所述水声压强信号的强度。该方
法通过将慢速、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，但是该方法依旧需要对信号偏振操作，使得最终结果存在噪点影响最终的判断。
技术实现思路
[0006]本专利技术实施例的目的在于提供一种基于光电振荡器的增敏式温度测量装置，用以实现高灵敏度的温度测量。
[0007]为了实现上述目的，具体技术方案如下：
[0008]一种基于光电振荡器的增敏式温度测量装置，包括：激光器、强度调制器、延迟线干涉仪、位于待测信号所在空间的敏感臂光纤单元、参考臂光纤单元、光电探测器、带通滤波器、微波放大器、功分器和频率测量部分；
[0009]所述激光器与强度调制器的光输入端相连；
[0010]所述强度调制器输出含有载波f0和一阶单边带f1两种频率分量的调制光信号，所述强度调制器的输出端与延迟线干涉仪的输入端相连，且该调制光信号的偏振态没有发生改变。
[0011]所述敏感臂光纤单元包括与所述延迟线干涉仪的第一互通端相连的敏感臂光纤，以及与所述敏感臂光纤另一端相连的第一反射镜，所述载波f0在敏感臂光纤传输后被第一全反射镜反射，然后通过第一互通端回到所述干涉仪中；
[0012]所述参考臂光纤单元包括与所述延迟线干涉仪的第二互通端相连的参考臂光纤，以及与所述参考臂光纤另一端相连的第二反射镜，所述一阶单边带f1在参考臂光纤传输后被第二全反射镜反射，然后通过第二互通端回到所述干涉仪中；
[0013]所述延迟线干涉仪的输出端与光电探测器光输入端相连，将反射回延迟线干涉仪中的载波f0和一阶单边带f1进行合并处理，获得带有待测信号的反馈光信号；。
[0014]所述光电探测器的输出端沿光电信号传递方向依次连通有带通滤波器，微波放大器以及功分器，用于将所述反馈光信号转换为带有待测信号的微波信号；
[0015]所述功分器的第一输出端与所述强度调制器的射频端相连，形成光电振荡器的闭环振荡环路；所述功分器的第二输出端和频率测量部分相连，用于获取光电振荡器闭环振荡环路输出微波信号的频率变化。
[0016]本专利技术利用强度调制器产生含有载波f0和一阶单边带f1两种频率分量的光信号，之后利用延迟线干涉仪分离两种频率分量，使其分别沿参考臂与敏感臂光纤传输后，返回延迟线干涉仪合并输出相位含有待测温度信号的光信号，然后将待测温度信号导致的光相位变化转换成光电振荡器输出微波信号的频率变化，该频率变化与温度信号成正比，比例系数即传感的灵敏度由光载波频率决定，这极大的提高了温度测量的灵敏度。
[0017]具体的，所述强度调制器输出的光信号的偏振态没有改变，采用包括但不限于可以产生单边带调制信号的双平行马赫曾德尔强度调制器、马赫曾德尔强度调制器及其辅助器件和装置。
[0018]具体的，所述调制光信号中的载波f0在延迟线干涉仪第一互通端干涉相长，但载波f0在所述延迟线干涉仪第二互通端干涉相消，故所述载波f0只在第一互通端传输。
[0019]具体的，所述调制光信号中的一阶单边带f1在延迟线干涉仪第二互通端干涉相长，但一阶单边带f1在所述延迟线干涉仪第一互通端干涉相消，故所述一阶单边带f1只在第
二互通端传输。
[0020]具体的，所述敏感臂光纤对待测温度信号敏感，用于为载波f0附加待测的温度信号，而所述参考臂光纤对待测温度信号不敏感。
[0021]本专利技术还提供了一种基于光电振荡器的增敏式温度测量方法，应用于上述的增敏式温度测量装置，包括：
[0022]步骤1、激光器产生光信号，将所述光信号传输给强度调制器；
[0023]步骤2、光电振荡器输出的微波信号加载到所述强度调制器的射频端，所述强度调制器对所述光信号进行调制，产生包含载波f0和一阶单边带f1两种频率分量的调制光信号，且该调制光信号的偏振态没有发生改变；
[0024]步骤3、所述调制光信号通过延迟线干涉仪完成分光后分别输出到敏感臂光纤单元与敏感臂光纤单元：
[0025]所述载波f0在所述敏感臂光纤单元中本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于光电振荡器的增敏式温度测量装置，其特征在于，包括：激光器、强度调制器、延迟线干涉仪、位于待测信号所在空间的敏感臂光纤单元、参考臂光纤单元、光电探测器、带通滤波器、微波放大器、功分器和频率测量部分；所述激光器与强度调制器的光输入端相连；所述强度调制器输出含有载波f0和一阶单边带f1两种频率分量的调制光信号，所述强度调制器的输出端与延迟线干涉仪的输入端相连；所述延迟线干涉仪将输入的调制光信号进行分光处理，并将分光处理获得的载波f0和一阶单边带f1通过第一、第二互通端口输出；所述敏感臂光纤单元包括与所述延迟线干涉仪的第一互通端相连的敏感臂光纤，以及与所述敏感臂光纤另一端相连的第一反射镜，所述载波f0在敏感臂光纤传输后被第一全反射镜反射，然后通过第一互通端回到所述干涉仪中；所述参考臂光纤单元包括与所述延迟线干涉仪的第二互通端相连的参考臂光纤，以及与所述参考臂光纤另一端相连的第二反射镜，所述一阶单边带f1在参考臂光纤传输后被第二全反射镜反射，然后通过第二互通端回到所述干涉仪中；所述延迟线干涉仪的输出端与光电探测器光输入端相连，将反射回延迟线干涉仪中的载波f0和一阶单边带f1进行合并处理，获得带有待测信号的反馈光信号；所述光电探测器的输出端沿光电信号传递方向依次连通有带通滤波器，微波放大器以及功分器，用于将所述反馈光信号转换为带有待测信号的微波信号；所述功分器的第一输出端与所述强度调制器的射频端相连，形成光电振荡器的闭环振荡环路；所述功分器的第二输出端和频率测量部分相连，用于获取光电振荡器闭环振荡环路输出微波信号的频率变化。2.根据权利要求1所述的基于光电振荡器的增敏式温度测量装置，其特征在于，所述强度调制器输出的光信号的偏振态没有改变，采用包括但不限于可以产生单边带调制信号的双平行马赫曾德尔强度调制器、马赫曾德尔强度调制器及其辅助器件和装置。3.根据权利要求1所述的基于光电振荡器的增敏式温度测量装置，其特征在于，所述调制光信号中的载波f0在延迟线干涉仪第一互通端干涉相长，但载波f0在所述延迟线干涉仪第二互通端干涉相消，故所述载波f0只在第一互通端传输。4.根据权利要求1所述的基于光电振荡器的增敏式温度测量装置，其特征在于，所述调制光信号中的一阶单边带f1在延迟线干涉仪第二互通端干涉相长，但一阶单边带f1在所述延迟线干涉仪第一互通端干涉相消，故所述一阶单边带f1只在第二互通端传输。5.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：王文睿，舒清欣，胡隽，周碧颖，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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