专利名称：一种双波长光延迟光纤温度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤温度传感技术领域，具体涉及一种双波长光延迟光纤温度传感
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背景技术：
光纤温度传感器具有安全、轻质、准确、抗电磁干扰等优点，广泛应用于电力设备、 水电设备以及隧道防火的温度检测系统中，也应用在工业和民用的需要温度测量的各个方面。通常光纤温度传感器采用的技术方法有①温度引起光纤光栅常数的改变，从而改变了光纤光栅的透射或反射光的光谱，通过探测该光谱的变化得到对温度的准确测量; ②用激光在光纤中产生的非线性布里渊后向散射，根据布里渊散射的光谱变化和后向散射的位置，来判断光纤中温度的变化和发生的位置，从而得到对温度和距离的准确测量。以上所述两种方案其共同点是它们的测量都转化成了对光谱的准确测量，从而得到温度的精确测量。在光电探测技术中，对光谱的准确测量，均需要较复杂的测量装置或系统，这样势必造成该技术构成的设备成本较高，不宜全面推广应用。同时，在测量较高温度时，光纤光栅将不能胜任，非线性布里渊散射也将受到高温的限制。
发明内容
针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是如何准确测量延迟时间，从而得到温度参数；同时降低光纤温度传感器的成本，并提高测量的温度范围。光信号在光纤中传输会带来延迟，延迟时间与光纤的长度和光纤的折射率成正比。研究表明石英(SiO2)光纤的折射率随温度的增加而增加，因此温度变化将引起光信号在光纤中的附加传输延迟。双波长光信号其中一路波长为参考光信号，另一路波长为测试光信号，这样形成差分结构，易于准确测量延迟时间，并消除了传输光路的影响，从而提高了光路的性能和温度的测量精度。本发明为了解决上述技术问题，基于上述工作原理采用如下技术方案
提供一种双波长光延迟光纤温度传感器，其特征是包括双波长光发射�？�、光耦合器、波长选择器、光接收�？�、信号处理与控制�？�、传输光纤、传感光纤和光环行器；
在所述信号处理与控制�？榈目刂葡拢ǔす夥⑸淠？橥狈⒊隽礁霾煌ǔさ墓庑藕偶吹谝还庑藕藕偷诙庑藕牛庑藕啪怦詈掀黢詈虾笞⑷氪涔庀耍庑藕磐ü涔庀舜锏降�1只光环行器，不同波长的第一光信号和第二光信号均通过第1只光环行器， 光信号由第1只光环行器的一端口①到二端口②，再到达所述波长选择器；其中第一光信号的波长与波长选择器的反射波长一致，反射回到第1只光环行器的二端口②，反射后的光信号由三端口③输出，再由传输光纤传输进入所述传感光纤，得到温度变化引起延迟的光信号，延迟的光信号再经传输光纤传输到第2只光环行器的一端口①，通过第2只光环行器的二端口②输出，到达波长选择器，并反射回到第2只光环行器的二端口②，通过第2只光环行器的三端口③输出，传送到光接收�？椋坏诙庑藕胖苯油üǔぱ≡衿鳎酱锏�2 只光环行器的二端口②，并通过光环行器的三端口③输出，传送到光接收�？椋还饨邮漳？榻邮盏谝还庑藕藕偷诙庑藕牛⒔谝还庑藕藕偷诙庑藕抛怀傻缧藕藕笤俅涞叫藕糯碛肟刂颇？椋恍藕糯碛肟刂颇？椴饬课露缺浠鹆礁霾ǔば藕诺拇湎喽匝映偈奔洌⒁谰菹喽匝映偈奔浼扑愕玫酱形露�。
所述双波长光发射�？椴捎昧街话氲继寮す馄骰虿捎霉烫寮す馄鳎ü苯忧慷鹊髦苹蚣浣忧慷鹊髦疲狈⑸淞也ɑ蚵龀骞獠ㄐ藕�。
所述光耦合器采用Γ2或2'2光纤耦合器来实现，或者通过光学元件构建耦合功能来完成两路光信号耦合到一根光纤中。
所述光接收�？椴捎肞IN或APD光电探测器，探测由传输光纤送达的光信号，并将光信号转换成电信号放大后输出，送达信号处理与控制模块。
所述光环行器采用3端口光纤环行器来实现，或通过光学元件构建3端口光学环行器来实现光路的功能。
所述波长选择器为光纤光栅或干涉滤光片，能实现对某一个特定波长的反射和对其它波长的透射。
所述传输光纤为石英(SiO2)多模光纤或单模光纤，或塑料光纤。
所述传感光纤为石英(SiO2)多模光纤或单模光纤。
所述信号处理与控制�？榭刹捎酶呔饶Ｄ夂褪值缏防床涂刂品⑸湫藕牛� 并测量接收到的两个波长信号的传输相对延迟时间，由此来计算温度。
本发明的有益效果表现在①采用双波长的光路设计，只需测量双波长光信号的相对延时时间即可确定温度参数，为精确地测量温度带来方便；②传感光纤采用石英 (SiO2)光纤，提高了温度的测量范围；③所设计的方案工作原理简单，由此组成的温度传感器结构简单、成本低、易于推广应用。
图1是双波长光延迟光纤温度传感器示意图；1为光耦合器、2和3为传输光纤、4为传感光纤、5为光环形器、6为波长选择器、I1为第一光信号、I2为第二光信号。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施方式
对本发明作进一步的描述。
一种双波长光延迟光纤温度传感器，其特征是包括双波长光发射模块、光耦合器、波长选择器、光接收�？�、信号处理与控制�？�、传输光纤、传感光纤和光环行器；在所述信号处理与控制模块的控制下，双波长光发射�？橥狈⒊隽礁霾ǔさ墓庑藕偶吹谝还庑藕藕偷诙庑藕牛庑藕啪怦詈掀黢詈虾笞⑷氪涔庀耍庑藕磐ü涔庀舜锏降�1 只光环行器，不同波长的第一光信号和第二光信号均通过第1只光环行器，光信号由第1只光环行器的一端口①到二端口②，再到所述达波长选择器；其中第一光信号的波长与波长选择器的反射波长一致，反射回到第1只光环行器二端口②，反射后的光信号由三端口③ 输出，再由传输光纤传输进入所述传感光纤，得到温度变化引起延迟的光信号，延迟的光信号再经传输光纤传输到第2只光环行器的一端口①，通过第2只光环行器的二端口②输出， 到达波长选择器，并反射回到第2只光环行器的二端口②，通过第2只光环行器的三端口③ 输出，传送到光接收�？椋坏诙庑藕胖苯油üǔぱ≡衿鳎酱锏�2只光环行器的二端口 ②，并通过第2只光环行器的三端口③输出，传送到光接收�？椋还饨邮漳？榻邮盏谝还庑藕藕偷诙庑藕牛⒔谝还庑藕藕偷诙庑藕抛怀傻缧藕藕笤俅涞叫藕糯碛肟刂颇？椋恍藕糯碛肟刂颇？椴饬课露缺浠鹆礁霾ǔば藕诺拇湎喽匝映偈奔洌⒁谰菹喽匝映偈奔浼扑愕玫酱形露�。
实施例所述双波长光发射�？椴捎�1531nm和1551nm的半导体激光器为光源；光耦合器采用Γ2光纤耦合器实现；光接收�？椴捎�1550nm波段的PIN光电探测器、前置放大器和主放大器组成；光环行器采用1550nm波段的3端口光纤环行器来实现；波长选择器采用 1531nm波长的FBG光纤光栅；传输光纤由G. 652单模光纤构成；传感光纤由除去被覆层的 IOOOmG. 652单模光纤构成；信号处理与控制�？椴捎酶呔饶Ｄ夂褪值缏防床涂刂品⑸湫藕牛⒉饬课露缺浠鹆礁霾ǔば藕诺拇湎喽匝映偈奔洌纱死醇扑阄露�。其工作过程是在信号处理与控制�？榈目刂葡拢ü苯忧慷鹊髦疲狈⒊� 1531nm和1551nm两个波长的脉冲光信号，由Γ 2光纤耦合器耦合后注入G. 652单模光纤传输，通过G. 652单模光纤传输达到第1只光纤环行器，两个波长的光信号均通过第1只光纤环行器，由一端口①到二端口②，其中1531nm波长的光信号与FBG光纤光栅的反射波长一致，在此处反射回到第1只环光纤环行器的二端口②，由三端口③输出，再由G. 652单模光纤传输进入除去被覆层的1000m G. 652单模光纤，得到温度变化引起延迟的光信号，再由 G. 652单模光纤传输送达第2只光纤环行器的一端口①，通过第2只光纤环行器由二端口 ②输出，到达FBG光纤光栅，并反射回到第2只光纤环行器的二端口②，通过第2只光纤环行器由三端口③输出；另一路1551nm的光信号可顺利通过FBG光纤光栅，到达第2只光纤环行器的二端口②，并通过第2只光纤环行器由三端口③输出；这样1531nm和1551nm的光信号通过了不同的路径，它们的时间差就反映了温度引起的传输延迟，光接收�？榻邮� 1531nm和1551nm波长的光信号，并将光信号转换成电信号再放大传输到信号处理与控制�？椋藕糯碛肟刂颇？椴饬课露缺浠鹆礁霾ǔば藕诺拇湎喽匝映偈奔洌纱思扑愕玫轿露�。
权利要求
1.一种双波长光延迟光纤温度传感器，其特征是包括双波长光发射�？�、光耦合器、 波长选择器，光接收�？椤⑿藕糯碛肟刂颇？�、传输光纤、传感光纤和光环行器；在所述信号处理与控制模块的控制下，双波长光发射模块同时发出两个不同波长的光信号即第一光信号和第二光信号，光信号经光耦合器耦合后注入传输光纤，光信号通过传输光纤达到第1只光环行器，不同波长的第一光信号和第二光信号均通过第1只光环行器， 光信号由第1只光环行器的一端口①到二端口②，再到达所述波长选择器；其中第一光信号的波长与波长选择器的反射波长一致，反射回到第1只光环行器的二端口②，反射后的光信号由三端口③输出，再由传输光纤传输进入所述传感光纤，得到温度变化引起的延迟的光信号，延迟的光信号再经传输光纤传输到第2只光环行器的一端口①，通过第2只光环行器的二端口②输出，到达波长选择器，并反射回到第2只光环行器的二端口②，通过第2 只光环行器的三端口③输出，传送到光接收�？椋坏诙庑藕胖苯油üǔぱ≡衿鳎酱锏� 2只光环行器的二端口②，并通过光环行器的三端口③输出，传送到光接收�？椋还饨邮漳？榻邮盏谝还庑藕藕偷诙庑藕牛⒔谝还庑藕藕偷诙庑藕抛怀傻缧藕藕笤俅涞叫藕糯碛肟刂颇？椋恍藕糯碛肟刂颇？椴饬课露缺浠鹆礁霾ǔば藕诺拇湎喽匝映偈奔洌⒁谰菹喽匝映偈奔浼扑愕玫酱形露�。
2.根据权利要求1所述的双波长光延迟光纤温度传感器，其特征在于，所述双波长光发射�？椴捎昧街话氲继寮す馄骰蚬烫寮す馄鳎ü苯忧慷鹊髦苹蚣浣忧慷鹊髦疲狈⑸淞也ɑ蚵龀骞獠ㄐ藕�。
3.根据权利要求1所述的双波长光延迟光纤温度传感器，其特征在于，所述光耦合器采用Γ 2或2' 2光纤耦合器来实现，或者通过光学元件构建耦合功能，来完成两路光信号耦合到一根光纤中。
4.根据权利要求1所述的双波长光延迟光纤温度传感器，其特征在于，所述光接收�？椴捎肞IN或APD光电探测器，探测由传输光纤送达的光信号，并将光信号转换成电信号放大后输出，送达信号处理与控制�？椤�
5.根据权利要求1所述的双波长光延迟光纤温度传感器，其特征在于，所述光环行器采用3端口光纤环行器来实现，或通过光学元件构建3端口光学环行器来实现光路的功能。
6.根据权利要求1所述的双波长光延迟光纤温度传感器，其特征在于，所述波长选择器为光纤光栅或干涉滤光片，实现对某一个特定波长的反射和对其它波长的透射。
7.根据权利要求1所述的双波长光延迟光纤温度传感器，其特征在于，所述传输光纤为石英(SiO2)多模光纤或单模光纤，或塑料光纤。
8.根据权利要求1所述的双波长光延迟光纤温度传感器，其特征在于，所述传感光纤为石英(SiO2)多模光纤或单模光纤。
全文摘要
一种双波长光延迟光纤温度传感器，包括双波长光发射�？�、光耦合器、波长选择器、光接收�？�、信号处理与控制�？�、传输光纤、传感光纤和光环行器。本发明采用双波长的光路设计，只需测量双波长光信号的相对延时时间即可确定温度参数，为精确地测量温度带来方便；并且传感光纤采用石英(SiO2)光纤，提高了测量的温度范围。由此组成的温度传感器结构简单、成本低、易于推广应用。
文档编号G01K11/32GK102494799SQ20111038315
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月28日 优先权日2011年11月28日
发明者史双瑾, 苏君, 邱琪 申请人:电子科技大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
