CN108592964B - 可调谐去敏小型光纤干涉仪 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种可调谐去敏小型光纤干涉仪，涉及光学仪器与控制设备领域。包括：干涉仪本体、壳体、半导体制冷贴片、感温模块和温控模块；壳体内部有一空腔，干涉仪本体设置在空腔中；半导体制冷贴片贴附在壳体的外表面；感温模块设置在空腔中，用于测量空腔中的温度值；同样设置在空腔中的干涉仪本体的温度；温控模块设置在空腔外部，与感温模块、半导体制冷贴片连接，用于驱动半导体制冷贴片对壳体降温或升温以使壳体维持在稳定的温度值附近。此外，灌封胶整体灌封方式使得可调谐去敏小型光纤干涉仪不仅具有良好稳定性的温度控制以及体积小的优点，还具有对振动、声音敏感度降低的功能。
Description
技术领域
本发明涉及光学仪器与控制设备领域，特别涉及一种可调谐去敏小型光纤干涉仪。
背景技术
干涉仪是高灵敏度光纤传感领域的一个关键器件，其作用是将光纤传感器波长变化转变为相应的相位变化，同时起着信号放大作用，在高分辨率波长解调系统中有着重要的应用。其每个光路称为干涉仪的一个干涉臂。对于高分辨率波长解调，往往需要干涉仪各个干涉臂具有较长的臂长差，以将波长变化大幅放大为相位变化，提高系统分辨率。这样，光纤干涉仪的干涉臂容易受到外界环境的影响，外界温度变化、外界环境的声音和振动将会引起干涉仪两臂的光折射率、长度等发生轻微变化，由于两个干涉臂长度不一致，容易引起两个干涉臂的相位差发生变化，从而为干涉仪引入背景噪声水平，降低解调系统性能。同时，现有的光纤干涉仪体积较大，使用不便。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可调谐去敏小型光纤干涉仪，以有效改善上述缺陷。
本发明的实施例解决上述技术问题的技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种可调谐去敏小型光纤干涉仪，包括：干涉仪本体、壳体、半导体制冷贴片、感温模块和温控模块；所述壳体内部有一空腔，所述干涉仪本体设置在所述空腔中；所述半导体制冷贴片贴附在所述壳体的外表面；所述感温模块设置在所述空腔中，用于测量所述空腔中的温度值以及同样设置在所述空腔中的所述干涉仪本体的温度；所述温控模块设置在所述空腔外部，与所述感温模块、所述半导体制冷贴片连接，用于在所述温度值超过预设的第一温度阈值时，驱动所述半导体制冷贴片对所述壳体降温，以及在所述温度值低于预设的第二温度阈值时，驱动所述半导体制冷贴片对所述壳体升温。
进一步的，所述壳体包括：顶盖和导热基座；所述顶盖和所述导热基座嵌合构成内部具有所述空腔的所述壳体。
进一步的，所述的可调谐去敏小型光纤干涉仪，还包括：第一压电陶瓷环和第二压电陶瓷环；所述干涉仪本体的第一干涉臂缠绕于所述第一压电陶瓷环的外壁上；所述干涉仪本体的第二干涉臂缠绕于所述第二压电陶瓷环的外壁上。
进一步的，所述空腔填充有灌封剂。
进一步的，所述的可调谐去敏小型光纤干涉仪，还包括：隔热层；所述隔热层包覆在所述外壳外表面。
进一步的，所述的可调谐去敏小型光纤干涉仪，还包括：保护壳，所述保护壳包覆在所述隔热层外表面。
进一步的，所述第一压电陶瓷环的外径在16mm到25mm之间；所述第二压电陶瓷环的外径在16mm到25mm之间。
进一步的，所述半导体制冷贴片的数量为两片。
进一步的，所述灌封剂的邵氏D硬度在70到90之间。
进一步的，所述感温模块为热敏电阻。
本发明实施例的有益效果是：
本发明提供了一种可调谐去敏小型光纤干涉仪，包括：干涉仪本体、壳体、半导体制冷贴片、感温模块和温控模块；所述壳体内部有一空腔，所述干涉仪本体设置在所述空腔中；所述半导体制冷贴片贴附在所述壳体的外表面；所述感温模块设置在所述空腔中，用于测量所述空腔中的温度值以及同样设置在所述空腔中的所述干涉仪本体的温度；所述温控模块设置在所述空腔外部，与所述感温模块、所述半导体制冷贴片连接，用于在所述温度值超过预设的第一温度阈值时，驱动所述半导体制冷贴片对所述壳体降温，以及在所述温度值低于预设的第二温度阈值时，驱动所述半导体制冷贴片对所述壳体升温。此外，灌封胶整体灌封方式使得所述可调谐去敏小型光纤干涉仪不仅具有良好稳定性的温度控制以及体积小的优点，还具有对振动、声音敏感度降低的功能。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1示出了本发明提供的一种可调谐去敏小型光纤干涉仪中部分元件的第一视角剖视图；
图2示出了本发明提供的一种可调谐去敏小型光纤干涉仪整体结构的第一视角剖视图；
图3示出了本发明提供的一种可调谐去敏小型光纤干涉仪的整体结构的第二视角剖视图；
图4示出了本发明提供的一种可调谐去敏小型光纤干涉仪的实测数据图。
图标：100-可调谐去敏小型光纤干涉仪；110-壳体；111-顶盖；112-导热基座；120-干涉仪本体；121-第一干涉臂；122-第二干涉臂；123-光纤耦合器；124-第一光纤法拉第旋镜；125-第二光纤法拉第旋镜；130-半导体制冷贴片；140-感温模块；150-温控模块；160-空腔；170-隔热层；180-第一压电陶瓷环；190-第二压电陶瓷环。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。而在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“耦合”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本实施例中
如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种可调谐去敏小型光纤干涉仪100，包括：壳体110、干涉仪本体120、半导体制冷贴片130、感温模块140和温控模块150。其中，图1与图2的视角垂直。
所述壳体110内部可以具有一空腔160，所述干涉仪本体120设置在所述空腔160中。
所述半导体制冷贴片130可以贴附在所述壳体110的外表面。
所述感温模块140可以设置在所述空腔160中，用于测量所述空腔160中的温度值，进而等效的测量出同样设置在所述空腔160中的所述干涉仪本体120的温度。
所述温控模块150可以设置在所述空腔160外部，所述温控模块150分别与所述感温模块140和所述半导体制冷贴片130连接，用于在所述温度值超过预设的第一温度阈值时，驱动所述半导体制冷贴片130对所述壳体110降温，以使同样设在空腔160中的所述干涉仪本体120的温度不超过所述第一温度阈值。同时在所述温度值低于预设的第二温度阈值时，驱动所述半导体制冷贴片130对所述壳体110升温，以使同样设在空腔160中的所述干涉仪本体120的温度不低于所述第一温度阈值。
其中，所述感温模块140设置在壳体110内且为常规型号的热敏电阻。以及所述温控模块150连接热敏电阻和两片半导体制冷贴片130，通过为热敏电阻的感温模块140监测可调谐去敏小型光纤干涉仪100内部的温度并对半导体制冷贴片130进行反馈，以控制可调谐去敏小型光纤干涉仪100内部的温度，保证可调谐去敏小型光纤干涉仪100中的空腔160内的恒温环境。
请参阅图1、图2和图3，具体的，所述壳体110包括：顶盖111和导热基座112；所述顶盖111和所述导热基座112嵌合构成所述壳体110，以使该壳体110内可以具有该空腔160。所述导热基座112，可选的，一般为高热导率金属，如铜、铝，本实施例中为上面开口的方形金属盒结构，且在侧面开有小孔，以方便干涉仪本体120的光纤线路或导线引出；顶盖111与导热基座112之间可通过密封垫或密封胶的密封方式将空腔160进行密封。其中，贴于所述壳体110外表面的半导体制冷贴片130，可选的，有两片，而且，两片半导体制冷贴片130贴于所述壳体110的导热基座112部分的外侧。可选的，半导体制冷贴片130与导热基座112之间涂有导热硅脂，半导体制冷贴片130贴于导热基座112的方式为四周通过环氧胶粘贴或通过螺钉紧定。
所述的可调谐去敏小型光纤干涉仪100，还包括：隔热层170。所述隔热层170包覆在所述壳体110外表面。贴于导热基座112和顶盖111外侧且包覆导热基座112的隔热层170，材料为橡胶隔热材料或发泡聚氨酯隔热材料或隔热棉材料；可选的，半导体制冷贴片130的两端分别露出在隔热层170的两侧，不被隔热层170包裹。
为便于所述干涉仪本体120的安装，所述的可调谐去敏小型光纤干涉仪100还包括：第一压电陶瓷环180和第二压电陶瓷环190。以及所述干涉仪本体120具体包括：第一干涉臂121和第二干涉臂122。
其中，所述第一干涉臂121可以为第一光纤线路缠绕于所述第一压电陶瓷环180的外壁上；而所述干涉仪本体120的第二干涉臂122则可以为第二光纤线路缠绕于所述第二压电陶瓷环190的外壁上。其中，第一压电陶瓷环180和第二压电陶瓷环190固定在导热基座112上，两者均为径向极化型的压电陶瓷环，第一压电陶瓷环180和第二压电陶瓷环190的外径在16mm到25mm之间，壁厚在1-2mm之间。
更具体的是，干涉仪本体120的第一干涉臂121和第二干涉臂122分别紧密缠绕于第一压电陶瓷环180和第二压电陶瓷环190外壁上；可选的，这里的紧密缠绕是指在将第一干涉臂121的第一光纤线路紧密的缠绕在第一压电陶瓷环180的外壁上，以及将第二干涉臂122的第一光纤线路紧密的缠绕在第二压电陶瓷环190的外壁上。且第一干涉臂121相对于第一压电陶瓷环180，以及第一干涉臂121相对于第一压电陶瓷环180均保持着0.1N～1N的预紧力。第一干涉臂121除缠绕在第一压电陶瓷环180的剩余部分具有一定的长度，可选的，长度小于1cm。而第二干涉臂122的光纤线路除缠绕在第二压电陶瓷环190上的剩余部分也具有一定的长度，可选的，长度小于1cm。
作为一种可选的方式，由于第一干涉臂121的存在，为热敏电阻的感温模块140可以贴近该第一干涉臂121，或感温模块140可通过环氧胶直接粘贴于第一干涉臂121上，以及感温模块140的导线则可以通过导热基座112侧壁上预开设的孔引出。
需要说明的是，图1所示的结构中，壳体110内未设置该干涉仪本体120。而壳体110内设置该干涉仪本体120，以及干涉仪本体120的第一干涉臂121缠绕在第一压电陶瓷环180，以及干涉仪本体120的第二干涉臂122缠绕在第二压电陶瓷环190均是由图2示出，以便于本领域技术人员在图1结合图2比对参阅时能够清楚的更理解本方案，但该结构的呈现方式并不作为对本实施例的限定。
在本实施例中可选的是，干涉仪本体120的还包括：位于空腔160中的光纤耦合器123。该光纤耦合器123的规格为2×2，50：50的光纤耦合器。光纤耦合器123的一端分别连接有第一干涉臂121由于缠绕结构而延伸出的一端和第二干涉臂122也由于缠绕结构而延伸出的一端。其中，光纤耦合器123的另一端的两根光纤线路通过导热基座112侧壁上的预开设的孔引出到空腔160外。
干涉仪本体120的还包括：第一光纤法拉第旋镜124和第二光纤法拉第旋镜125。
其中，第一干涉臂121由于缠绕结构而延伸出的相对于第一干涉臂121一端的另一端连接有第一光纤法拉第旋镜124。，第二干涉臂122由于缠绕结构而延伸出的相对于第二干涉臂122一端的另一端也连接有第二光纤法拉第旋镜125。第一光纤法拉第旋镜124和第二光纤法拉第旋镜125分别通过第一干涉臂121和第二干涉臂122这两条光纤线路与光纤耦合器123连接构成迈克尔逊式光纤干涉仪光路。其中，上述的光纤线路材质为耐弯曲单模光纤。此外，所述第一压电陶瓷环180内外两侧进一步焊有信号线，通过导热基座112侧壁上的孔引出，以便施加电压调制信号，驱动第一压电陶瓷环180的两级振动，带动缠绕在第一压电陶瓷环180上的第一干涉臂121拉伸和收缩，从而对干涉仪本体120进行调制。
所述空腔160还填充有灌封剂，填充于顶盖111与导热基座112配合形成的密闭空腔中的灌封剂，一般为环氧树脂型灌封剂，其固化后的邵氏D硬度在70到90之间，填充量应保证灌封剂固化后覆盖第一干涉臂121和第二干涉臂122在内的所有光纤线路。
所述可调谐去敏小型光纤干涉仪100还包括：设置在所述隔热层170外的保护壳。可选的，保护壳的材料为导热系数较低的塑料材料，以进一步对干涉仪本体120进行保护。
由顶盖111、导热基座112、半导体制冷贴片130、感温模块140、温控模块150、隔热层170和保护壳构成一个与外界环境隔热的恒温系统，通过感温模块140监测可调谐去敏小型光纤干涉仪100内部的温度，通过温控模块150精密控制半导体制冷贴片130，实现精确温度控制，保证干涉仪内部的恒温环境；通过精密数字化的温控模块150，可实现
稳定性的温度控制。同时，干涉仪本体120的第一干涉臂121和第二干涉臂122紧密绕在刚性较高的第一压电陶瓷环180和第二压电陶瓷环190的外壁上，并采用合适硬度的灌封胶整体灌封，形成了一个具有相对较大刚性的整体结构，该结构在外界振动、声音作用下，内部光纤不易发生形变，从而提高内部光路的稳定性，降低干涉仪本体120的光纤线路对外界振动、声音的敏感程度。
该可调谐去敏小型光纤干涉仪100的结构设计的具体效果请参阅图4，图4示出了本发明提供的调谐去敏小型光纤干涉仪100在不同频率的外部振动信号干扰下的封装前与封装后对振动信号的响应的差值，可见，采用本发明的封装方式，干涉仪对振动的敏感度降低40dB以上。
综上所述：本发明提供了一种可调谐去敏小型光纤干涉仪，包括：干涉仪本体、壳体、半导体制冷贴片、感温模块和温控模块；所述壳体内部有一空腔，所述干涉仪本体设置在所述空腔中；所述半导体制冷贴片贴附在所述壳体的外表面；所述感温模块设置在所述空腔中，用于测量所述空腔中的温度值以及同样设置在所述空腔中的所述干涉仪本体的温度；所述温控模块设置在所述空腔外部，与所述感温模块、所述半导体制冷贴片连接，用于在所述温度值超过预设的第一温度阈值时，驱动所述半导体制冷贴片对所述壳体降温，以及在所述温度值低于预设的第二温度阈值时，驱动所述半导体制冷贴片对所述壳体升温。此外，灌封胶整体灌封方式使得所述可调谐去敏小型光纤干涉仪不仅具有良好稳定性的温度控制以及体积小的优点，还具有对振动、声音敏感度降低的功能。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发名，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种可调谐去敏小型光纤干涉仪，其特征在于，包括：干涉仪本体、壳体、半导体制冷贴片、感温模块和温控模块；
所述壳体内部有一空腔，所述干涉仪本体设置在所述空腔中；
所述半导体制冷贴片贴附在所述壳体的外表面；
所述感温模块设置在所述空腔中，用于测量所述空腔中的温度值；
同样设置在所述空腔中的所述干涉仪本体的温度；
所述温控模块设置在所述空腔外部，与所述感温模块、所述半导体制冷贴片连接，用于在所述温度值超过预设的第一温度阈值时，驱动所述半导体制冷贴片对所述壳体降温，以及在所述温度值低于预设的第二温度阈值时，驱动所述半导体制冷贴片对所述壳体升温；
所述可调谐去敏小型光纤干涉仪还包括：第一压电陶瓷环和第二压电陶瓷环；
所述干涉仪本体的第一干涉臂缠绕于所述第一压电陶瓷环的外壁上；
所述干涉仪本体的第二干涉臂缠绕于所述第二压电陶瓷环的外壁上；
所述空腔填充有灌封剂；
所述第一干涉臂、所述第二干涉臂、所述第一压电陶瓷环和所述第二压电陶瓷环通过所述灌封剂形成了一个刚性的整体结构；
所述灌封剂的邵氏D硬度在70到90之间。
2.根据权利要求1所述的可调谐去敏小型光纤干涉仪，其特征在于，所述壳体包括：顶盖和导热基座；所述顶盖和所述导热基座嵌合构成内部具有所述空腔的所述壳体。
3.根据权利要求2所述的可调谐去敏小型光纤干涉仪，其特征在于，还包括：隔热层；所述隔热层包覆在所述壳体外表面。
4.根据权利要求3所述的可调谐去敏小型光纤干涉仪，其特征在于，还包括：保护壳，所述保护壳包覆在所述隔热层外表面。
5.根据权利要求4所述的可调谐去敏小型光纤干涉仪，其特征在于，所述第一压电陶瓷环的外径在16mm到25mm之间；所述第二压电陶瓷环的外径在16mm到25mm之间。
6.根据权利要求5所述的可调谐去敏小型光纤干涉仪，其特征在于，所述半导体制冷贴片的数量为两片。
7.根据权利要求6所述的可调谐去敏小型光纤干涉仪，其特征在于，所述感温模块为热敏电阻。
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