CN112747836A - 一种基于无芯光纤的多人同时测温装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于无芯光纤的多人同时测温装置，整个装置由扫描激光器、光纤环形器、阵列波导光栅(AWG)、一次性光纤测温探头、光电探测器和中控单元构成；当一次性光纤测温探头所处的环境温度发生变化时，探头内填充的温度敏感液体发生膨胀，导致一次性光纤测温探头的反射光谱强度发生变化，通过检测反射光谱强度的变化可以获得测量点的温度情况；本发明的优点在于：所设计的测温装置可多人同时测温，装置中的一次性光纤测温探头价格低廉，用后即丢，安全可靠，避免了电子温度计易受电磁干扰的缺点以及水银温度计中水银不慎泄露所带来的安全隐患。
Description
技术领域
本发明属于光纤传感技术领域和温度测量领域，具体涉及一种基于无芯光纤的多人同时测温装置。
背景技术
高度传染性疾病在世界范围内迅速传播，而精确的体温测量对初步判断病毒或细菌感染有指导意义。传统的体温测量多采用水银温度计、电子温度计以及现在比较流行的枪式红外体温计等方式，这些方式测量速度慢、抗电磁干扰弱、受环境温度影响大，且重复利用可能导致病毒或细菌感染的进一步传播，因此一种能够克服以上问题的测温装置已成为医疗急需品。本发明提出的一种基于无芯光纤的多人同时测温装置，可以避免温度检测时医务人员与被测人员的近距离接触，提高了医务人员工作环境的安全性。
发明内容
本发明的目的是提供一种操作简单、测量精度高、便携的基于无芯光纤的多人同时测温装置，装置中的一次性光纤测温探头利用了多模干涉原理和液体温度计测温原理，根据一次性光纤测温探头输出光谱随温度变化发生变化的特征，最终实现体温的测量。
本发明采用的技术方案为：
一种基于无芯光纤的多人同时测温装置，其特征是包括扫描激光器(1)、光纤环形器(2)、阵列波导光栅(3)、一次性光纤测温探头(4)、光电探测器(5)、中控单元(6)；扫描激光器(1)的输出端与光纤环形器(2)的输入端相连，光纤环形器(2)的第一输出端与阵列波导光栅(3)的输入端相连，阵列波导光栅(3)的一个输出端与一次性测温探头(4)的输入端相连，光纤环形器(2)的第二输出端与光电探测器(5)的输入端相连，光电探测器(5)的输出端与中控单元(6)相连。
所述的一种基于无芯光纤的多人同时测温装置，其特征在于：一次性光纤测温探头(4)由无芯光纤(4-1)、毛细管(4-2)、填充液体(4-3)组成。
所述的一次性光纤测温探头(4)，其特征在于：填充液体(4-3)的有效折射率小于无芯光纤(4-1)的折射率，且具有高的热膨胀系数和在宽温度范围内的线性膨胀特性，填充液体(4-3)可以根据测量需求进行选配。
所述的一次性光纤测温探头(4)，其特征在于：毛细管(4-2)的左端封闭，右端在加入填充液体(4-3)后密封。
所述的一次性光纤测温探头(4)，其特征在于：无芯光纤(4-1)表面和毛细管(4-2)内壁需表面疏水性处理以避免填充液体(4-3)残留。
所述的一种基于无芯光纤的多人同时测温装置，其特征在于：阵列波导光栅(3)各输出通道连接的一次性光纤测温探头(4)中的无芯光纤(4-1)长度不同，以匹配阵列波导光栅(3)各输出通道的中心波长。
本发明的工作原理是：
当光由单模光纤耦合到无芯光纤中时，由于无芯光纤与外部介质(空气或填充液体)形成多模光纤结构，因此其输出光谱的中心波长可以表示如下：
其中n1为多模光纤结构有效折射率，D1为多模光纤结构有效直径，L为无芯光纤长度。
当环境温度发生变化时，毛细管内填充液体发生膨胀，此时一次性光纤测温探头相当于由一段空气作为包层的多模光纤(MM1)和一段填充液体作为包层的多模光纤(MM2)组成，导致一次性光纤测温探头的输出光谱中心波长发生漂移，漂移后中心波长的表达式为：
其中，λ’ m为漂移后的波长；n1，D1，L1分别为多模光纤(MM1)的有效折射率，有效直径和长度；n2，D2，L2分别为多模光纤(MM2)的有效折射率，有效直径和长度。
多模光纤MM2的长度L2与温度的关系可以由以下公式给出：
其中，Δα表示填充液体和毛细管的热膨胀系数之差，V为填充液体的总体积，ΔT为温度变化量。
由公式(1)、(2)、(3)可知一次性光纤测温探头光谱波长漂移量Δλ可表示为：
当一次性光纤测温探头的输出光谱经过阵列波导光栅(AWG)后，由于AWG各通道的中心波长固定不变，而一次性光纤测温探头输出光谱随温度变化发生漂移，导致输入到光电探测器上的光强发生变化，通过测量光电探测器输出电压的变化来反推出人体温度。
本发明的有益效果在于：
本发明利用无芯光纤与外部介质形成多模光纤结构，结合AWG的分波与合波功能，实现多人同时测温。当温度升高时，毛细管内填充液体膨胀导致一次性光纤测温探头输出光谱波长发生漂移，反映在AWG输出光谱中为各通道中心波长处的光强变化，导致光电探测器输出电压变化，最终通过中控单元监测输出电压的变化反推出人体的温度。整个装置结构简单，操作方便，便于携带，且一次性光纤测温探头价格低廉，用后即丢，安全可靠，避免了电子温度计易受电磁干扰的缺点以及水银温度计中水银不慎泄露所带来的安全隐患。
附图说明
图1是一种基于无芯光纤的多人同时测温装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步描述。
如图1所示，一种基于无芯光纤的多人同时测温装置，其特征是包括扫描激光器(1)、光纤环形器(2)、阵列波导光栅(3)、一次性光纤测温探头(4)、光电探测器(5)、中控单元(6)；扫描激光器(1)的输出端与光纤环形器(2)的输入端相连，光纤环形器(2)的第一输出端与阵列波导光栅(3)的输入端相连，阵列波导光栅(3)的一个输出端与一次性测温探头(4)的输入端相连，光纤环形器(2)的第二输出端与光电探测器(5)的输入端相连，光电探测器(5)的输出端与中控单元(6)相连。上述的一种基于无芯光纤的多人同时测温装置，其特征在于：一次性光纤测温探头(4)由无芯光纤(4-1)、毛细管(4-2)、填充液体(4-3)组成。上述的一次性光纤测温探头(4)，其特征在于：填充液体(4-3)的有效折射率小于无芯光纤(4-1)的折射率，且具有高的热膨胀系数和在宽温度范围内的线性膨胀特性，填充液体(4-3)可以根据测量需求进行选配。上述的一次性光纤测温探头(4)，其特征在于：毛细管(4-2)的左端封闭，右端在加入填充液体(4-3)后密封。上述的一次性光纤测温探头(4)，其特征在于：无芯光纤(4-1)表面和毛细管(4-2)内壁需表面疏水性处理以避免填充液体(4-3)残留。上述的一种基于无芯光纤的多人同时测温装置，其特征在于：阵列波导光栅(3)各输出通道连接的一次性光纤测温探头(4)中的无芯光纤(4-1)长度不同，以匹配阵列波导光栅(3)各输出通道的中心波长。
该方法利用无芯光纤与外部介质(空气或填充液体)形成多模光纤结构，结合AWG实现多人同时测温。测量时，AWG的N个输出端接有N个一次性测温探头，以通道1th举例，扫描激光器发出与通道1th中心波长λ1匹配的激光，激光通过AWG进入1th一次性光纤测温探头，其输出光谱会随着温度的变化而漂移，漂移后的光谱返回AWG的通道1th，其输出的光谱强度由于AWG的滤波特性而发生改变，通过检测输出光谱强度的变化可以反推出通道1th处的温度变化情况，实现体温测量。其他通道测温与上述通道1th的过程相同。
Claims (6)
1.一种基于无芯光纤的多人同时测温装置，其特征是包括扫描激光器(1)、光纤环形器(2)、阵列波导光栅(3)、一次性光纤测温探头(4)、光电探测器(5)、中控单元(6)；扫描激光器(1)的输出端与光纤环形器(2)的输入端相连，光纤环形器(2)的第一输出端与阵列波导光栅(3)的输入端相连，阵列波导光栅(3)的一个输出端与一次性测温探头(4)的输入端相连，光纤环形器(2)的第二输出端与光电探测器(5)的输入端相连，光电探测器(5)的输出端与中控单元(6)相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于无芯光纤的多人同时测温装置，其特征在于：一次性光纤测温探头(4)由无芯光纤(4-1)、毛细管(4-2)、填充液体(4-3)组成。
3.根据权利要求2所述的一次性光纤测温探头(4)，其特征在于：填充液体(4-3)的有效折射率小于无芯光纤(4-1)的折射率，且具有高的热膨胀系数和在宽温度范围内的线性膨胀特性，填充液体(4-3)可以根据测量需求进行选配。
4.根据权利要求2所述的一次性光纤测温探头(4)，其特征在于：毛细管(4-2)的左端封闭，右端在加入填充液体(4-3)后密封。
5.根据权利要求2所述的一次性光纤测温探头(4)，其特征在于：无芯光纤(4-1)表面和毛细管(4-2)内壁需表面疏水性处理以避免填充液体(4-3)残留。
6.根据权利要求1所述的一种基于无芯光纤的多人同时测温装置，其特征在于：阵列波导光栅(3)各输出通道连接的一次性光纤测温探头(4)中的无芯光纤(4-1)长度不同，以匹配阵列波导光栅(3)各输出通道的中心波长。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113607332A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-11-05 | 深圳技术大学 | 静压传感器的制作方法 |
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