CN105203226A - 一种光纤温度传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光纤温度传感器，包括光收发模块、传输光纤和光学温度传感元件，所述光收发模块包括光源、光纤耦合器、起偏器以及温度信号解调单元，所述光纤耦合器包括第一端口、第二端口和第三端口，所述第一端口直接接收所述光源发出的光，所述第二端口连接所述起偏器，所述第三端口连接所述温度信号解调单元；所述传输光纤连接所述起偏器和所述光学温度传感元件；所述光学温度传感元件的光出射端面具有全反射膜。本发明提供的光纤温度传感器装置简单、探测距离远且工作温度范围广。

Description

一种光纤温度传感器
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种光纤温度传感器。
背景技术
在户外加油站、储油库进行温度探测时，为防止电气设备引燃引爆油品，务必要求温度探测器无源工作，因此，常常采用光纤温度传感器探测温度。然而，传统的光纤布拉格光栅传感器(FiberBraggGrating,简称FBG)传感器对温度的灵敏度较低，且解调装置复杂，价格昂贵；荧光测温传感器的温度探测距离较短；晶体吸收式光纤温度传感器由于晶体吸收的特性，在零度以下无法正常工作。
发明内容
本发明的目的在于，解决传统光纤温度传感器装置复杂、探测距离短及工作温度范围窄等技术问题。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
一种光纤温度传感器，包括光收发模块、传输光纤和光学温度传感元件，所述光收发模块包括光源、光纤耦合器、起偏器以及温度信号解调单元，所述光纤耦合器包括第一端口、第二端口和第三端口，所述第一端口直接接收所述光源发出的光，所述第二端口连接所述起偏器，所述第三端口连接所述温度信号解调单元；所述传输光纤连接所述起偏器和所述光学温度传感元件；所述光学温度传感元件的光出射端面具有全反射膜。
本发明一较佳实施方式中，所述光学温度传感元件为光学晶体、双折射光学玻璃或高双折射率光纤。
本发明一较佳实施方式中，所述光学晶体为圆柱体或长方体。
本发明一较佳实施方式中，所述双折射光学玻璃为圆柱体或长方体。
本发明一较佳实施方式中，所述光源是发光二极管、超辐射发光二极管或半导体激光器。
本发明一较佳实施方式中，所述光纤耦合器是单模光纤耦合器、多模光纤耦合器或保偏光纤耦合器。
本发明一较佳实施方式中，所述起偏器为光纤起偏器。
本发明一较佳实施方式中，所述传输光纤为保偏光纤。
本发明一较佳实施方式中，所述保偏光纤为熊猫光纤或椭圆光纤。
本发明一较佳实施方式中，所述温度信号解调单元包括一个光电探测器及温度信号处理系统。
相较于现有技术，本发明提供的光纤温度传感器的温度信号采用光纤传输，传输距离远，可达到400米至数公里远；光学温度传感元件作为传感头，其封装尺寸小，现场安装调试简易方便；温度信号解调单元的解调电路简单可靠，不会对外界产生各种电磁波信号，因此不会干扰其他类似元器件；并且，本发明提供的光纤温度传感器的工作温度范围宽，在零下40摄氏度至250摄氏度之间。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明实施例提供的光纤温度传感器的原理示意图。
图2为本发明实施例提供的长方体光学温度传感元件的剖面示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参考图1，图1是本发明实施例提供的光纤温度传感器的原理示意图。
光纤温度传感器包括光收发模块10、传输光纤20和光学温度传感元件30。
光收发模块10包括光源101、光纤耦合器102、起偏器103以及温度信号解调单元104。
光源101可以是发光二极管(LightEmittingDiode，简称LED)、超辐射发光二极管((SuperluminescentDiode，简称SLD)或半导体激光器(LaserDiode，简称LD)。
光纤耦合器102可以是单模光纤耦合器、多模光纤耦合器或保偏光纤耦合器。光纤耦合器102包括第一端口A、第二端口B和第三端口C，第一端口A直接接收光源101发出的光，第二端口B连接起偏器103，第三端口C连接温度信号解调单元104。
起偏器103可以是偏振片或光纤起偏器，本实施例采用光纤起偏器。
传输光纤20连接起偏器103和光学温度传感元件30。传输光纤20为保偏光纤，例如是熊猫光纤或椭圆光纤。
光学温度传感元件30是能够利用光传输载体的双折射与温度相关的特性实现对温度的测量的元件，例如光学晶体、双折射光学玻璃或各类高双折射率光纤。其中，光学晶体可以加工成圆柱体或长方体，双折射光学玻璃可以加工成圆柱体或长方体。本实施例采用长方体双折射光学玻璃作为光学温度传感元件。光学温度传感元件30被封装在传感头中，传感头一端无任何有源器件。
请参阅图2，为使入射光学温度传感元件30的光反射回光收发模块10，本实施例在光学温度传感元件30的光出射端面301真空蒸镀全反射膜303。全反射膜303对入射的偏振光无附加的偏振效应。
本实施例中，温度信号解调单元104包括一个光电探测器41及温度信号处理系统42，光电探测器41仅有一个，可接收所有返回的线偏振光进行光强测定。
本实施例提供的光纤温度传感器1中光的走向为：由光源101发出的光经光纤耦合器102、光纤起偏器103后成为线偏振光，所述线偏振光经保偏光纤20传输后入射光学温度传感元件30。线偏振光在光学温度传感元件30的双折射轴上的两个分量受温度影响后，其传播常数发生变化，进而导致两束正交线偏振光在光学温度传感元件30的双折射轴上产生相位差，相位差调制了光强，调制后的线偏振光再经全反射膜303全反射，经保偏光纤20、光纤起偏器103、光纤耦合器102的第三端口C进入温度信号解调单元104。由光电探测器41探测到光强信息，再根据光强-相位差-温度之间的关系确定被测温度参量的温度，并由温度信号处理系统42输出被测参量测试结果。测试结果为数字输出，可按行业标准平台协议设计接口。
温度信号解调单元104也可以包括两个光电探测器来分别测定返回的两束正交线偏振光的光强信息。
本发明实施例提供的光纤温度传感器的温度信号采用光纤传输，传输距离远，可达到400米至数公里远；光学温度传感材料作为传感头，其封装尺寸小，现场安装调试简易方便；温度信号解调单元的解调电路简单可靠，不会对外界产生各种电磁波信号，因此不会干扰其他类似元器件；并且，本发明提供的光纤温度传感器的工作温度范围宽，在零下40摄氏度至250摄氏度之间。这些特点使得本发明提供的光纤温度传感器可以在户外加油站、储油库进行温度探测，且抗雷电冲击、电磁干扰能力强，可随时进行全方位监控。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光纤温度传感器，包括光收发模块、传输光纤和光学温度传感元件，其特征在于：所述光收发模块包括光源、光纤耦合器、起偏器以及温度信号解调单元，所述光纤耦合器包括第一端口、第二端口和第三端口，所述第一端口直接接收所述光源发出的光，所述第二端口连接所述起偏器，所述第三端口连接所述温度信号解调单元；所述传输光纤连接所述起偏器和所述光学温度传感元件；所述光学温度传感元件的光出射端面具有全反射膜。
2.如权利要求1所述的光纤温度传感器，其特征在于：所述光学温度传感元件为光学晶体、双折射光学玻璃或高双折射率光纤。
3.如权利要求2所述的光纤温度传感器，其特征在于：所述光学晶体为圆柱体或长方体。
4.如权利要求2所述的光纤温度传感器，其特征在于：所述双折射光学玻璃为圆柱体或长方体。
5.如权利要求1所述的光纤温度传感器，其特征在于：所述光源是发光二极管、超辐射发光二极管或半导体激光器。
6.如权利要求1所述的光纤温度传感器，其特征在于：所述光纤耦合器是单模光纤耦合器、多模光纤耦合器或保偏光纤耦合器。
7.如权利要求1所述的光纤温度传感器，其特征在于：所述起偏器为光纤起偏器。
8.如权利要求1所述的光纤温度传感器，其特征在于：所述传输光纤为保偏光纤。
9.如权利要求8所述的光纤温度传感器，其特征在于：所述保偏光纤为熊猫光纤或椭圆光纤。
10.如权利要求1所述的光纤温度传感器，其特征在于：所述温度信号解调单元包括一个光电探测器及温度信号处理系统。
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