CN109000820B - 一种宽带比色滤波蓝宝石光纤黑体温度传感器解调装置 - Google Patents
一种宽带比色滤波蓝宝石光纤黑体温度传感器解调装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109000820B CN109000820B CN201810547446.4A CN201810547446A CN109000820B CN 109000820 B CN109000820 B CN 109000820B CN 201810547446 A CN201810547446 A CN 201810547446A CN 109000820 B CN109000820 B CN 109000820B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical
- broadband
- optical fiber
- fiber
- sapphire
- 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.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
本发明公开了一种宽带比色滤波蓝宝石光纤黑体温度传感器解调装置，该装置通过采用宽带高通、低通波长滤波器组合，对蓝宝石光纤黑体辐射光信号进行滤波，得到短波、长波两路光信号，并分别由光电探测器进行强度探测，由短波、长波两路光信号强度比值与传感器探测温度间对应关系，可以实现温度信号解调，通过调节宽带高通、低通波长滤波器组合对蓝宝石光纤黑体辐射光信号的滤波效果，可以提高短波、长波两路光信号强度比随温度信号变化的斜率，从而提高温度解调灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及一种宽带比色滤波蓝宝石光纤黑体温度传感器解调装置，属于光纤传感领域。
背景技术
蓝宝石光纤黑体辐射温度传感器是用于超高温工况温度测量的一种新型温度传感器，有望用于燃气轮机、冶金炉等多种高温环境。与传统的热电偶温度传感器不同，蓝宝石光纤黑体辐射温度传感器利用蓝宝石光纤接受目标物体的黑体辐射光信号，用于感知温度，具有抗电磁干扰、灵敏度高等优点。
比色滤波法是蓝宝石光纤黑体辐射温度传感器信号解调的典型方法之一。目标物体自发向外辐射的黑体辐射光信号具有信号强度随温度升高而增大、中心波长随温度升高而向短波方向偏移的特性。基于上述特性，选择两个不同波长对蓝宝石光纤接收到的黑体辐射光信号进行窄带滤波，并比较两不同波长下黑体辐射光信号强度的变化程度差异，即可以获得待测目标温度。该方法能够较好地避免蓝宝石光纤及解调系统中光路损耗变化导致的测量误差。但需要指出的是，蓝宝石光纤收集到的黑体辐射光信号往往十分微弱且动态范围较大，传统比色滤波法采用窄带滤波器，仅目标波长附近的光信号能够进入光电探测器，导致光信号强度测量结果信噪比较低，在一定程度上影响了温度信号的解调精度。
发明内容
本发明解决的技术问题是：为克服现有技术不足，提供一种宽带比色滤波蓝宝石光纤黑体温度传感器解调装置，避免窄带滤波导致的低信噪比光信号强度测量结果，并通过调节解调装置内不同波长光损耗分布提高温度解调灵敏度。
本发明的技术解决方案是：
一种宽带比色滤波蓝宝石光纤黑体温度传感器解调装置，包括传输光纤、光耦合器、宽带滤波器、光探测器和信号采集处理模块，
传输光纤与外部蓝宝石光纤通过光耦合器连接，用于收集外部蓝宝石光纤接收到的黑体辐射光信号，传输光纤的传输光信号波长与光探测器响应波段匹配；
宽带滤波器与传输光纤连接，接收传输光信号，将传输光信号按波长λ≤λ0、波长λ≥λ1分为两路宽带光信号，λ0、λ1位于光探测器响应区间内，以获得更高信噪比；
光探测器分别对宽带滤波器输出的两路光信号进行强度测量并分别输出电信号，其响应区间位于可见光波段或近红外波段或中远红外波段；
信号采集处理模块用于对光信号探测器输出的电信号进行采样及处理，经过比色计算得到波长解调信息，结合预先标定的曲线，获得温度测点信息。
光耦合器为变芯径光纤、单一透镜或透镜组中的一种。
宽带滤波器为1×2光纤粗波分复用器或光纤分束准直滤波器。
宽带滤波器输出的两路光信号可以存在或不存在波长重叠部分，即λ0可以大于、小于或等于λ1。
光探测器为硅探测器或锗探测器。
通过调节解调装置内不同波长光信号传输损耗和光探测器响应曲线，以改变温度信号的解调灵敏度。
调节不同波长光信号传输损耗的方法包括在宽带滤波器中插入滤波片、插入弯曲光纤或选用具有特定滤波窗口函数的宽带滤波器。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明通过调节宽带高通、低通波长滤波器组合对蓝宝石光纤黑体辐射光信号的滤波效果，即通过调节解调装置内不同波长光信号传输损耗和光探测器响应曲线，可以提高短波、长波两路光信号强度比随温度信号变化的斜率，从而提高温度解调灵敏度；
(2)本发明通过采用宽带高通、低通波长滤波器组合，对蓝宝石光纤黑体辐射光信号进行滤波，得到短波、长波两路光信号，并分别由光电探测器进行强度探测，由短波、长波两路光信号强度比值与传感器探测温度间对应关系，可以实现温度信号解调。
附图说明
图1为采用光纤WDM的蓝宝石光纤黑体辐射温度传感器全光纤解调装置结构示意图；
图2为仿真得到的宽带滤波器输出两路光信号强度比与目标温度间对应关系；
图3为仿真计算中解调装置传输光纤中引入的波长滤波函数；
图4为改变解调装置不同波长光信号传输损耗分布前后，仿真得到的光信号强度比与目标温度间对应关系；
图5为采用光纤分束准直滤波器的蓝宝石光纤黑体辐射温度传感器解调装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
在本发明的一个实施例中，针对芯径为125μm的蓝宝石光纤1，构建了如图1所示的蓝宝石光纤黑体辐射温度传感器解调装置。蓝宝石光纤1尾段输出的黑体辐射光信号经变芯径光纤2耦合至石英传输光纤3，石英传输光纤3为105/125μm多模光纤，与解调装置中其它光学元件尾纤芯径一致。黑体辐射光信号经石英传输光纤3由光纤端口4A进入1×2光纤WDM4，并分别由两输出端尾纤4B、4C输出。光纤WDM4具有宽带滤波特性，端口4B输出波长λ≤970nm的光信号，端口4C输出波长λ≥980nm的光信号，实现宽带比色滤波。由4B、4C端口输出光信号分别由带尾纤Si光电探测器5A、5B接收并转换为电信号，数据采集及分析模块6对光电探测器5A、5B输出电信号进行实时采样，并进行数据处理，得到光纤WDM4输出两路光信号的强度比。根据仿真计算，该强度比与蓝宝石光纤A测量目标温度间关系如图2所示。通过标定实验，预先确定上述强度比与温度间对应关系，即可由强度比得到对应的温度信息，实现温度解调。
当在解调装置传输光纤3中插入一段弯曲光纤，在传输光谱中引入图3所示的波长滤波函数。可以看出，该弯曲光纤使短波段光信号较长波段光信号具有更低的传输损耗，从而放大了黑体辐射光信号中短波段光信号在比色滤波中的比重，从而有效提高了温度解调的灵敏度。插入弯曲光纤前后，光纤WDM4输出两路光信号强度比与温度间关系如图4所示。
在本发明的另一个实例中，针对芯径为325μm的蓝宝石光纤1，构建了如图5所示的蓝宝石光纤黑体辐射温度传感器解调装置。蓝宝石光纤1尾段输出的黑体辐射光信号由芯径为400/450μm石英传输光纤3接收，并传输至光纤分束准直滤波器8。光纤分束准直滤波器8由400/450μm芯径1×2光纤分束器9、多模光纤准直器10A/10B、高通滤光片11、低通滤光片12构成。黑体辐射光信号经1×2光纤分束器9分成两路，分别由多模光纤准直器10A/10B准直后输出，并分别通过λ≥850nm高通滤光片11和λ≤840nm低通滤光片12后，由TO封装Si光电探测器5A/5B进行强度探测。数据采集及分析模块6对光电探测器5A、5B输出电信号进行实时采样，数据处理，得到两路光信号的强度比，并在此基础上，实现比色滤波温度解调。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例汇总实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
本发明所述一种宽带比色滤波蓝宝石光纤黑体温度传感器解调装置只是用于帮助说明本发明，并不用作限制本发明的具体实施方式，可以根据实际需要进行很多的修改和变化，凡归属于本发明的原理和实际应用，均包含在本发明的保护范围之内，本发明未公开内容为本领域技术人员公知常识。
Claims (5)
1.一种宽带比色滤波蓝宝石光纤黑体温度传感器解调装置，其特征在于，包括传输光纤、光耦合器、宽带滤波器、光探测器和信号采集处理模块，
传输光纤与外部蓝宝石光纤通过光耦合器连接，用于收集外部蓝宝石光纤接收到的黑体辐射光信号，传输光纤的传输光信号波长与光探测器响应波段匹配；
宽带滤波器与传输光纤连接，接收传输光信号，将传输光信号按波长λ≤λ0、波长λ≥λ1分为两路宽带光信号，λ0、λ1位于光探测器响应区间内，以获得更高信噪比；
光探测器分别对宽带滤波器输出的两路光信号进行强度测量并分别输出电信号，其响应区间位于可见光波段或近红外波段或中远红外波段；
信号采集处理模块用于对光探测器输出的电信号进行采样及处理，经过比色计算得到波长解调信息，结合预先标定的曲线，获得温度测点信息；
通过调节解调装置内不同波长光信号传输损耗和光探测器响应曲线，以改变温度信号的解调灵敏度；调节不同波长光信号传输损耗的方法包括在宽带滤波器中插入滤波片、插入弯曲光纤或选用具有滤波窗口函数的宽带滤波器；在解调装置传输光纤中插入一段弯曲光纤；
通过调节宽带高通、低通波长滤波器组合对蓝宝石光纤黑体辐射光信号的滤波效果，即通过调节解调装置内不同波长光信号传输损耗和光探测器响应曲线，提高短波、长波两路光信号强度比随温度信号变化的斜率，从而提高温度解调灵敏度。
2.如权利要求1所述的一种宽带比色滤波蓝宝石光纤黑体温度传感器解调装置，其特征在于，光耦合器为变芯径光纤、单一透镜或透镜组中的一种。
3.如权利要求1所述的一种宽带比色滤波蓝宝石光纤黑体温度传感器解调装置，其特征在于，宽带滤波器为1×2光纤粗波分复用器或光纤分束准直滤波器。
4.如权利要求1所述的一种宽带比色滤波蓝宝石光纤黑体温度传感器解调装置，其特征在于，宽带滤波器输出的两路光信号可以存在或不存在波长重叠部分，即λ0可以大于、小于或等于λ1。
5.如权利要求1所述的一种宽带比色滤波蓝宝石光纤黑体温度传感器解调装置，其特征在于，光探测器为硅探测器或锗探测器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810547446.4A CN109000820B (zh) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | 一种宽带比色滤波蓝宝石光纤黑体温度传感器解调装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810547446.4A CN109000820B (zh) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | 一种宽带比色滤波蓝宝石光纤黑体温度传感器解调装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109000820A CN109000820A (zh) | 2018-12-14 |
| CN109000820B true CN109000820B (zh) | 2020-08-14 |
Family
ID=64572934
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810547446.4A Active CN109000820B (zh) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | 一种宽带比色滤波蓝宝石光纤黑体温度传感器解调装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109000820B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110686796A (zh) * | 2019-10-24 | 2020-01-14 | 北京航空航天大学 | 一种红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器及温度测量系统 |
| CN111855010A (zh) * | 2020-08-17 | 2020-10-30 | 北京遥测技术研究所 | 一种基于特种光纤的高温狭窄环境非接触温度测量装置 |
| CN112254836A (zh) * | 2020-09-23 | 2021-01-22 | 菲兹克光电(长春)有限公司 | 一种基于比色法的光纤超高温测温仪 |
| CN114088238B (zh) * | 2021-11-18 | 2023-08-01 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 基于宽辐射谱的皮秒时间分辨冲击温度测量系统及方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103038826A (zh) * | 2011-06-17 | 2013-04-10 | 松下电器产业株式会社 | 调制信号检测装置及调制信号检测方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN86202511U (zh) * | 1986-04-22 | 1987-10-03 | 中国科学院上海冶金研究所 | 光纤溶液浓度传感器 |
| FR2621753B1 (fr) * | 1987-10-13 | 1995-03-10 | Thomson Csf | Dispositif de commande automatique de gain et recepteur comportant un tel dispositif |
| CN1120983C (zh) * | 2001-02-28 | 2003-09-10 | 武汉理工大学 | 光纤高温传感测量方法及装置 |
| CN2466671Y (zh) * | 2001-03-09 | 2001-12-19 | 南京玻璃纤维研究设计院 | 变芯径光学纤维 |
| EP2822196B1 (en) * | 2012-03-23 | 2018-05-16 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Method and apparatus for detecting optical signal-to-noise ratio, node device, and network system |
-
2018
- 2018-05-31 CN CN201810547446.4A patent/CN109000820B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103038826A (zh) * | 2011-06-17 | 2013-04-10 | 松下电器产业株式会社 | 调制信号检测装置及调制信号检测方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109000820A (zh) | 2018-12-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109000820B (zh) | 一种宽带比色滤波蓝宝石光纤黑体温度传感器解调装置 | |
| US7060967B2 (en) | Optical wavelength interrogator | |
| CN103278185B (zh) | 基于校准光纤光栅的腔衰荡光纤光栅传感解调装置 | |
| US6525308B1 (en) | Apparatus and method for wavelength detection with fiber bragg grating sensors | |
| CN104864911B (zh) | 基于光纤法珀腔与光纤光栅双参量联合测量的高速解调装置及方法 | |
| CN106248118B (zh) | 高波长分辨率光纤光栅解调系统及方法 | |
| CN106643840B (zh) | 一种基于双阵列波导光栅的光纤光栅传感器解调装置 | |
| CN103697922A (zh) | 一种光纤f-p腔传感器的高速解调系统 | |
| CN105136909A (zh) | 一种基于阵列波导光栅的多通道声发射传感解调系统 | |
| CN111854812A (zh) | 一种基于光子灯笼光纤的传感解调系统及传感解调方法 | |
| CN111189556A (zh) | 基于awg的实时多通道光纤光栅测温系统 | |
| CN114674463A (zh) | 一种分布式光纤温度传感校准单元、传感装置及检测方法 | |
| CN111811554A (zh) | 基于光腔衰荡大范围高精度光纤光栅传感方法及装置 | |
| CN102419312B (zh) | 基于无源谐振腔和光栅解复用器级联光波导传感器 | |
| CN111006787B (zh) | 基于差分温度补偿的分布式光纤拉曼双端温度解调方法 | |
| RU2512616C2 (ru) | Способ измерения параметров физических полей и устройство для его осуществления | |
| RU2608394C1 (ru) | Устройство для измерения параметров физических полей | |
| CN108204827A (zh) | 一种相移光纤光栅解调系统 | |
| RU161644U1 (ru) | Устройство для измерения параметров физических полей | |
| RU92180U1 (ru) | Устройство для измерения параметров физических полей | |
| RU2495380C2 (ru) | Способ измерения параметров физических полей | |
| CN113390441A (zh) | 一种折射率变化传感的装置及测量方法 | |
| CN113252089A (zh) | 一种分布式光纤传感装置 | |
| CN112254836A (zh) | 一种基于比色法的光纤超高温测温仪 | |
| CN108120461A (zh) | 一种基于混沌光源的光纤布拉格光栅解调方法及其装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |