CN102494799B - 一种双波长光延迟光纤温度传感器 - Google Patents

一种双波长光延迟光纤温度传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN102494799B
CN102494799B CN201110383154.XA CN201110383154A CN102494799B CN 102494799 B CN102494799 B CN 102494799B CN 201110383154 A CN201110383154 A CN 201110383154A CN 102494799 B CN102494799 B CN 102494799B
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical
wavelength
dual
light signal
optical fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201110383154.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN102494799A (zh
Inventor
邱琪
苏君
史双瑾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN201110383154.XA priority Critical patent/CN102494799B/zh
Publication of CN102494799A publication Critical patent/CN102494799A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102494799B publication Critical patent/CN102494799B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Optical Communication System (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

一种双波长光延迟光纤温度传感器，包括双波长光发射模块、光耦合器、波长选择器、光接收模块、信号处理与控制模块、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。

Description

一种双波长光延迟光纤温度传感器
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、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：包括双波长光发射模块、光耦合器、波长选择器、光接收模块、信号处理与控制模块、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，传送到光接收模块；第二光信号直接通过波长选择器，到达第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，传送到光接收模块；
光接收模块接收第一光信号和第二光信号，并将第一光信号和第二光信号转换成电信号后再传输到信号处理与控制模块；信号处理与控制模块测量温度变化引起两个波长信号的传输相对延迟时间，并依据相对延迟时间计算得到传感温度。
所述双波长光发射模块采用两只半导体激光器或采用固体激光器，通过直接强度调制或间接强度调制，同时发射连续正弦波或脉冲光波信号。 
所述光耦合器采用1′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。
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模块可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。 
附图说明
图1 是双波长光延迟光纤温度传感器示意图； 
附图标记为：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、                                                
Figure 411846DEST_PATH_IMAGE001
为第一光信号、为第二光信号、
Figure 967779DEST_PATH_IMAGE003
为相对延迟时间。
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、光接收模块、信号处理与控制模块、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，传送到光接收模块；第二光信号直接通过波长选择器，到达第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，传送到光接收模块；光接收模块接收第一光信号和第二光信号，并将第一光信号和第二光信号转换成电信号后再传输到信号处理与控制模块；信号处理与控制模块测量温度变化引起两个波长信号的传输相对延迟时间，并依据相对延迟时间计算得到传感温度。
实施例
所述双波长光发射模块采用1531nm和1551nm的半导体激光器为光源；光耦合器采用1′2光纤耦合器实现；光接收模块采用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1000mG.652单模光纤构成；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,并测量温度变化引起两个波长信号的传输相对延迟时间，由此来计算温度。
其工作过程是：在信号处理与控制模块的控制下，通过直接强度调制，同时发出1531nm和1551nm两个波长的脉冲光信号，由1′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，光接收模块将接收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模块，信号处理与控制模块测量温度变化引起两个波长信号的传输相对延迟时间，由此计算得到温度。

Claims (8)

1.一种双波长光延迟光纤温度传感器，其特征是：包括双波长光发射模块、光耦合器、波长选择器，光接收模块、信号处理与控制模块、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到二端口，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，反射后的光信号由三端口输出，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，通过第2只光环行器的二端口输出，到达波长选择器，并反射回到第2只光环行器的二端口，通过第2只光环行器的三端口输出，传送到光接收模块；第二光信号直接通过波长选择器，到达第2只光环行器的二端口，并通过光环行器的三端口输出，传送到光接收模块；
光接收模块接收第一光信号和第二光信号，并将第一光信号和第二光信号转换成电信号后再传输到信号处理与控制模块；信号处理与控制模块测量温度变化引起两个波长信号的传输相对延迟时间，并依据相对延迟时间计算得到传感温度。
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，所述双波长光发射模块采用两只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，同时发射连续正弦波或脉冲光波信号。
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1′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。
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。
CN201110383154.XA 2011-11-28 2011-11-28 一种双波长光延迟光纤温度传感器 Expired - Fee Related CN102494799B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110383154.XA CN102494799B (zh) 2011-11-28 2011-11-28 一种双波长光延迟光纤温度传感器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110383154.XA CN102494799B (zh) 2011-11-28 2011-11-28 一种双波长光延迟光纤温度传感器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102494799A CN102494799A (zh) 2012-06-13
CN102494799B true CN102494799B (zh) 2013-06-19

Family

ID=46186641

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110383154.XA Expired - Fee Related CN102494799B (zh) 2011-11-28 2011-11-28 一种双波长光延迟光纤温度传感器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102494799B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6814967B2 (ja) * 2016-06-17 2021-01-20 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 撮像装置
CN106225949A (zh) * 2016-08-04 2016-12-14 电子科技大学 波分复用双波长光纤延迟温度传感器
CN106768468A (zh) * 2016-11-14 2017-05-31 电子科技大学 一种波分复用准分布式光纤延迟温度传感器
TWI678038B (zh) * 2018-12-14 2019-11-21 財團法人工業技術研究院 脈衝延遲可調光纖雷射系統
CN114554595A (zh) * 2022-04-27 2022-05-27 高勘(广州)技术有限公司 煤矿场景定位方法、装置、设备及存储介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7526149B1 (en) * 2008-07-21 2009-04-28 Qorex, Llc Dual wavelength strain-temperature Brillouin sensing system and method
CN101893489A (zh) * 2010-03-11 2010-11-24 上海华魏光纤传感技术有限公司 一种自带光补偿结构的双波长型光纤温度传感装置
CN201885827U (zh) * 2010-11-26 2011-06-29 中国计量学院 一种光纤拉曼频移器双波长光源自校正分布式光纤拉曼温度传感器
CN102175344A (zh) * 2010-12-23 2011-09-07 上海华魏光纤传感技术有限公司 双端双波长自补偿分布式光纤温度传感器
CN202002750U (zh) * 2010-10-29 2011-10-05 上海华魏光纤传感技术有限公司 单端双波长高精度分布式光纤温度传感器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7526149B1 (en) * 2008-07-21 2009-04-28 Qorex, Llc Dual wavelength strain-temperature Brillouin sensing system and method
CN101893489A (zh) * 2010-03-11 2010-11-24 上海华魏光纤传感技术有限公司 一种自带光补偿结构的双波长型光纤温度传感装置
CN202002750U (zh) * 2010-10-29 2011-10-05 上海华魏光纤传感技术有限公司 单端双波长高精度分布式光纤温度传感器
CN201885827U (zh) * 2010-11-26 2011-06-29 中国计量学院 一种光纤拉曼频移器双波长光源自校正分布式光纤拉曼温度传感器
CN102175344A (zh) * 2010-12-23 2011-09-07 上海华魏光纤传感技术有限公司 双端双波长自补偿分布式光纤温度传感器

Also Published As

Publication number Publication date
CN102494799A (zh) 2012-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102494801B (zh) 一种分布式光延迟光纤温度传感器
CN102147236B (zh) 一种全分布式光纤应变及振动的传感方法与传感器
CN105136177B (zh) 一种亚毫米空间分辨率的分布式光纤传感装置及方法
CN103674110B (zh) 一种基于布里渊光放大检测的分布式光纤温度应变传感器
CN102494799B (zh) 一种双波长光延迟光纤温度传感器
CN105784195A (zh) 单端混沌布里渊光时域分析的分布式光纤传感装置及方法
CN101634571B (zh) 光纤脉栅分布传感装置
CN101532850B (zh) 一种布拉格光纤光栅传感解调的方法和装置
CN103901532A (zh) 多芯光纤、采用该多芯光纤的传感装置及其运行方法
CN107340077B (zh) 一种全分布式光纤温度及应力的传感方法与传感系统
WO2008111320A1 (ja) 光ファイバセンサ
CN102636217A (zh) 布里渊光时域分析和马赫曾德尔干涉共同检测的传感装置
CN102494617A (zh) 一种单模光纤长度测量系统
CN104568019A (zh) 基于多模光纤的用于温度和应变同时测量的方法及系统
CN204087417U (zh) 光纤感温火灾探测器系统
CN107991259A (zh) 一种基于腔内放大的腔衰荡光谱湿度测量系统
CN103712564A (zh) 基于y型光纤耦合器及自聚焦透镜的反射型光纤位移传感器
CN108254062A (zh) 一种基于混沌调制的相位敏感光时域反射振动检测装置
CN101290248B (zh) 基于马赫-曾德尔干涉仪滤波原理的单模红外光波长计
CN207557107U (zh) 一种基于腔内放大的腔衰荡光谱湿度测量系统
CN108007603A (zh) 一种基于非对称双芯光纤的多参量分布测量系统
CN102494797B (zh) 一种光延迟光纤温度传感器
CN104361707A (zh) 光纤感温火灾探测器系统
CN203929276U (zh) 一种基于共振技术的光信号检测处理系统
CN102121851B (zh) 一种阵列光纤长度差距的测量方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20130619

Termination date: 20201128