本发明专利技术公开了一种基于极值对应的波长检测的光纤温度传感器，该光纤温度传感器是通过计算确定保偏光纤传感头的长度，使得由保偏光纤传感头与光纤耦合器和宽谱光源组成的混合光纤Ｓａｇｎａｃ干涉仪透射端的透射光谱具有单极值性。当环境温度变化时，透射光谱的极值对应的波长会发生变化，且这个波长与作用在光纤传感头上的温度成线性比例关系Ｔ＝（ｍ／ａＬ）λ↓［ｍ］－ｂ／ａ。本发明专利技术光纤温度传感器通过检测透射谱的极值对应波长的变化，实现温度的测量。本发明专利技术光纤温度传感器可以消除光源浮动、光路损耗等的影响，提高传感的灵敏度。本发明专利技术光纤温度传感器为全光纤结构，所用器件数量少，易于实现，成本低，适应性强，抗干扰能力强。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光纤温度传感器，更特别地说，是指一种基于极值对应的波长检 测的光纤温度传感器。
技术介绍
光纤温度传感器使用光纤作为传感和传输介质，具有不受电磁场的干扰、电绝缘、 本质安全、防爆、耐辐射、便于复用和便于成网的优点，光纤温度传感器具有广泛的 应用和发展前景。在专利申请号200310113311.0中公开了基于SAGNAC干涉仪的光纤温度传 感方法及其传感器。该传感器的结构如说明书附图3所示，是将保偏光纤传感头33 加入采用Y波导调制器29和宽谱光源25的全保偏Sagnac干涉仪的闭合光路中， 通过保偏光纤30与保偏光纤延迟环31和Y波导调制器29连接，在连接点34a、 34b相连的保偏光纤32、 35的偏振主轴互相交成一设定角，当温度场作翔在这段光 纤上时，会产生偏振非互易相移，这个相移与作用在保偏光纤传感头33上的温度成 线性比例关系，釆用与光纤陀螺相同的位相检测电路40测量这种由温度引起的相移， 从而实现温度的测量。该光纤温度传感器是基于光强进行检测的，被测量直接受到光 功率信号的影响，故光源的稳定性和系统的光路损耗等都会对光纤温度传感器的稳定 性和精度带来影响。 专利技术 内 容为克服光源浮动、光路损耗等因素，对基于光强解调的、光纤温度传感器稳定性带 来的影响，本专利技术提供一种基于极值对应的波长检测的光纤温度传感器，该光纤温度 传感器应用混合光纤Sagnac干涉仪在其透射端检测透射光谱，在此确定长度 丄=的保偏光纤传感头的条件下，透射端的透射光谱只有一个极值点即具有单极值性，当保偏光纤传感头所处环境的温度变化时，Sagnac干涉仪的透射光谱的极值对应的波长会发生变化，且这个波长与作用在传感头上的温度成线性比例关系T="^4-A。通过检测极值对应波长的变化，实现温度的测量。混合光纤Sagnac干涉仪由保偏光纤传感头、光纤耦合器和宽谱光源构成。本专利技术的目的之二是提出一种基于极值对应的波长检测，从而实现保偏光纤传感 头所处环境的温度测量。本专利技术的一种基于极值对应的波长检测的光纤温度传感器，其光纤耦合器的第一 根光纤与宽谱光源的尾纤熔接，光纤耦合器的第二根光纤和第三根光纤熔接在保偏光 纤传感头的两端，光纤耦合器的第四根光纤与光谱测试装置连接，光谱测试装置通过导线与计算处理单元连接。而计算处理单元包括有计算机和Origin处理软件，该 Origin处理软件存储在计算机的硬盘中。Origin处理软件能够对光谱测试装置输出 的透射谱数据进行图形绘制以及极值拾取，所述拾取的极值可以是透射谱中最大值对 应的波长，也可以是透射谱中最小值对应的波长。本专利技术基于极值对应的波长检测的光纤温度传感器的优点在于(1) 采用在光纤耦合器上连接光源、保偏光纤传感头和光谱测试装置，构成结构简 单、成本低廉、易于实现、抗干扰能力强的混合光纤Sagnac干涉仪，能够通 过对透射谱中极值对应的波长的检测来实现保偏光纤传感头所处环境的温度 测量。(2) 在计算处理单元中针对透射光谱的极值点的特征，建立了保证透射端透射光谱具有单极值性的保偏光纤传感头长度的确定公式丄，以及透射光谱(A —A)乂的极值对应的波长与温度成线性比例关系r-^^ -A ，应用该极值对应的波a丄 a长与温度成线性比例关系进行解算出环境温度值，简化了 200310113311.0 中公开的信号处理过程。(3) 本专利技术可以消除基于光强的检测方法的光源浮动，光路损耗及光器件不一致性 等所带来的不利影响，提高了测量的精度和系统的稳定性。附图说明图1为本专利技术的光纤温度传感器的结构图。图2为本专利技术中的光纤温度传感方法及其传感器的透射端接收到的透射谱。5图3为本专利技术单极小值透射光谱形状。 图4为本专利技术中传感器的温度与极值波长间的关系曲线。 具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。如图1所示，本专利技术的一种基于极值对应的波长检测的光纤温度传感器，其由 宽谱光源l、光纤耦合器3、保偏光纤传感头5、光谱测量装置8和计算处理单元9 构成；光纤耦合器3的第一根光纤2与宽谱光源1的尾纤熔接，光纤耦合器3的第 二根光纤4和第三根光纤6熔接在保偏光纤传感头5的两端，光纤耦合器3的第四 根光纤7与光谱测试装置8连接，光谱测试装置8通过导线与计算处理单元9连接。在本专利技术中，计算处理单元9包括有计算机和Origin 7.5处理软件，该Origin 7.5处理软件存储在计算机的硬盘中。计算机的最低配置为CPU 2G//z，内存 1.2，硬盘10;操作系统为windows 2000/2003/XP。 Origin 7.5处理软 件能够对光谱测试装置8输出的透射谱数据进行图形绘制以及极值拾取(如图2所 示)，所述拾取的极值可以是透射谱中最大值对应的波长，也可以是透射谱中最小值 对应的波长。光源1发出的光经过光纤耦合器3后分为两路光，进入包含保偏光纤传感头5 的Sagnac环，沿顺、逆时针方向传输，在光纤耦合器3中发生干涉，干涉信号从 光纤耦合器3的第四根光纤输出；光谱测试装置8对光纤耦合器3输出的干涉信号 进行实时釆集，然后输出给计算处理单元9，在计算处理单元9中的Origin 7.5处 理软件处理后，在计算机的显示屏中显示出如图2所示的透射谱，图中4表示透射 谱中的一个极小值(最小值)。光谱测量装置8测试获得的透射谱光强为/^^， ^表示透射义谱的光强信号，K表示与光源l相关的常数，丄表示保偏光纤传感头的长度，A表示 光源的中心波长，A"表示保偏光纤快慢轴的折射率差。在透射谱光强A =《2中，极值点对应的波长&与保偏光纤快慢义轴的折射率差厶"和保偏光纤传感头长度1存在的关系为厶"丄=附& ， w表示透射谱的级数。由于保偏光纤快慢轴的折射率差A"在环境温度为一20(TC至40CrC之间时，△"与环境温度r存在线性关系为△" = "r+6 (a》为待标定的系数)。化简保偏光纤快慢轴的折射率差A"，则有环境温度r与透射谱中附级的波形下 极值点对应波长4的关系为r」。"厶 "根据透射谱的光谱调制特性能够获得单极值性光谱的形状A"丄== (m +1)4 ， 4表示透射谱中第一个极大值(最大值)或第一个极小值(最小值)对应的波长，^表示透射谱中相邻的第二个极大值(最大值)或第二个极小值(最小值)对应的波长。 化简单极值性光谱形状A"丄-附A =(附+ 1)4中透射谱级数附，获得一个具有单极 值性的透射谱对应的保偏光纤传感头长度丄-7^^ ， ^表示光纤传感头所选用的保偏光纤的拍长。在本专利技术中，光源l为宽谱光源；可以是掺铒光纤光源(SFS)，其中心波长为 1545"附，输出功率大于10w『，带宽大于40"w;也可以是超辐射发光二极管 (SLD)，其中心波长为1310"w，输出功率大于5w『，带宽大于60"w。在本专利技术中，光纤耦合器3是单模光纤耦合器，其具有典型的四端口结构，具 有50/50的分光比。在本专利技术中，光谱测试装置8可以采用光谱分析仪，其分辨率最高可达到 0.02 ww ;光谱测试装置8也可以采用固态光谱仪(BaySpec Spectral Engine Display Panel)，其分辨率可达到0.1 "w ;光谱测试装置8也可以釆用可调谐F-本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光纤温度传感器的温度传感方法，其特征在于：通过检测混合光纤Ｓａｇｎａｃ干涉仪的透射端的透射光谱实现温度的测量，在确定长度的保偏光纤传感头的条件下，透射端的透射光谱具有单极值性，当保偏光纤传感头所处环境的温度变化时，Ｓａｇｎａｃ干涉仪的透射光谱的极值对应的波长会发生变化，且这个波长与作用在传感头上的温度成线性比例关系Ｔ＝ｍ／ａＬ.λ↓［ｍ］－ｂ／ａ；通过检测极值对应波长的变化，实现温度的测量；所述的混合光纤Ｓａｇｎａｃ干涉仪由光源（１）、光纤耦合器（３）和保偏光纤传感头（５）构成； 所述的Ｔ＝ｍ／ａＬ.λ↓［ｍ］－ｂ／ａ中，Ｔ表示保偏光纤传感头（５）所处环境的温度，Ｌ表示保偏光纤传感头（５）的长度，ｍ表示混合光纤Ｓａｇｎａｃ干涉仪的透射光谱的极值所对应级数，λ↓［ｍ］表示ｍ级下对应的极值波长，ａ，ｂ表示待标 定的系数。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨远洪，徐春娇，杨明伟，杨巍，张萍萍，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。