CN102494797A - 一种光延迟光纤温度传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光延迟光纤温度传感器，包括信号处理与控制模块、光发射模块、传输光纤、传感光纤和光接收模块；所述光发射模块发出光信号，经传输光纤到达传感光纤，光信号受外界温度作用在传感光纤内产生延迟，延迟的光信号经另一段传输光纤送至光接收模块，光接收模块将延迟的光信号转换为电信号并放大，送至信号处理与控制模块，信号处理与控制模块接收上述电信号，依据传感光纤温度变化引起的延迟时间计算出外界温度情况。本发明仅需要准确测量光延迟时间就可以得到温度参数，由此组成的温度传感器结构简单、成本低、易于推广应用；并采用石英（SiO2）光纤为传感光纤，提高了测量的温度范围。

Description

一种光延迟光纤温度传感器
技术领域
本发明涉及光电子技术领域，具体涉及一种基于光延迟技术的光纤温度传感器。 
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、电网设备中的温度检测，也运用在工业和民用的各个温度测量系统中。
目前通常光纤温度传感器采用的技术方案有：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。这两种光纤温度传感方案的共同特点是，将对温度的精确测量转化成了对光谱的测量。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，这将造成该类光纤温度传感测量设备成本较高，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，为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于光延迟技术的光纤温度传感器，致力于降低光纤温度传感器的成本，同时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。
基于上述工作原理，本发明采用如下技术方案：
提供一种光延迟光纤温度传感器，其特征在于：包括信号处理与控制模块、光发射模块、传输光纤、传感光纤和光接收模块；所述光发射模块发出光信号，经传输光纤到达传感光纤，光信号受外界温度作用在传感光纤内产生延迟，延迟的光信号经另一段传输光纤送至光接收模块，光接收模块将延迟的光信号转换为电信号并放大，送至信号处理与控制模块，信号处理与控制模块接收上述电信号，依据传感光纤温度变化引起的延迟时间计算得到传感温度。
所述光发射模块采用半导体激光器或固体激光器，通过直接强度调制或间接强度调制，发射连续正弦波或脉冲光波信号，并注入传输光纤传输。
所述光接收模块采用PIN或APD光电探测器，探测由传输光纤送达的光信号，并转换成电信号放大后输出，送达信号处理与控制模块。
所述传输光纤采用石英（SiO2）多模光纤或单模光纤，或塑料光纤来实现。
所述传感光纤采用石英（SiO2）多模光纤或单模光纤来实现，当传感温度超过光纤被覆层的工作温度范围时，去除传感光纤的被覆层。
所述信号处理与控制模块采用高精度模拟和数字电路来产生和控制发射信号，并测量收发脉冲信号的延迟时间，由此来计算温度。
本发明的工作原理：在信号处理与控制模块的控制下，电信号经光发射模块调制到光载波上，并注入传输光纤传输到传感光纤，然后再通过另一段传输光纤到达光接收模块，完成光电转换后电信号送到信息处理与控制模块，信号处理与控制模块接收处理从光接收模块传来的转换放大后的电信号，得到传感光纤温度变化引起的延迟时间，由此再计算得到温度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：①无须通过探测光纤中光谱的变化测量温度，仅需要准确测量光纤中光信号延迟时间，可以得到温度参数，降低了光纤温度传感器的复杂度和成本；②传感光纤采用石英（SiO2）光纤，提高了测量的温度范围。
附图说明
图1是本发明示意图；
1为输入的光信号、2为输出的光信号。
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。
结合图1所示，一种光延迟光纤温度传感器，包括信号处理与控制模块、光发射模块、传输光纤、传感光纤和光接收模块；所述光发射模块发出光信号，经传输光纤到达传感光纤，光信号受外界温度作用在传感光纤内产生延迟，延迟的光信号经另一段传输光纤送至光接收模块，光接收模块将延迟的光信号转换为电信号并放大，送至信号处理与控制模块，信号处理与控制模块接收上述电信号，依据传感光纤温度变化引起的延迟时间计算得到传感温度。
实施例
所述光发射模块采用1.55μm半导体激光器，通过直接强度调制，发射脉冲光波信号。而传输光纤由G.652单模光纤构成。传感光纤由除去被覆层的1000m G.652单模光纤构成。光接收模块采用1.55μm PIN光电探测器、前置放大器和主放大器构成，探测由传输光纤送达的光信号，并转换成电信号放大后输出，送达信号处理与控制模块处理。信号处理与控制模块采用高精度模拟和数字电路来产生和控制发射信号,并测量收发脉冲信号的延迟时间，由此来计算温度。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (5)

1.一种光延迟光纤温度传感器，其特征在于：包括信号处理与控制模块、光发射模块、传输光纤、传感光纤和光接收模块；所述光发射模块发出光信号，经传输光纤到达传感光纤，光信号受外界温度作用在传感光纤内产生延迟，延迟的光信号经另一段传输光纤送至光接收模块，光接收模块将延迟的光信号转换为电信号并放大，送至信号处理与控制模块，信号处理与控制模块接收上述电信号，依据传感光纤温度变化引起的延迟时间计算得到传感温度。
2.根据权利要求1所述的光延迟光纤温度传感器，其特征在于，所述发射模块采用半导体激光器或固体激光器，通过直接强度调制或间接强度调制，发射连续正弦波或脉冲光波信号，并注入传输光纤传输。
3.根据权利要求1所述的光延迟光纤温度传感器，其特征在于，所述光接收模块采用PIN或APD光电探测器，探测由传输光纤送达的光信号，并转换成电信号放大后输出，送达信号处理与控制模块。
4.根据权利要求1所述的光延迟光纤温度传感器，其特征在于，所述传输光纤采用石英（SiO2）多模光纤或单模光纤，或塑料光纤来实现。
5.根据权利要求1所述的光延迟光纤温度传感器，其特征在于，所述传感光纤采用石英（SiO2）多模光纤或单模光纤来实现，当传感温度超过光纤被覆层的工作温度范围时，去除传感光纤的被覆层。
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