CN112857610A - 一种基于激光振荡环路的高灵敏度温度传感系统 - Google Patents

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田晶
侯美江
左一武
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Abstract

本发明公开了一种基于激光振荡环路的高灵敏度温度传感系统，其包括激光振荡环路、sagnac环和光谱仪；激光振荡环路通过50:50光纤耦合器与sagnac环相连接。本发明采用激光振荡环路，可以让干涉光波中所包含的模式增益显著增高，使信号的3dB带宽变窄、并且增加系统的灵敏度以及分辨率，激光振荡环路中色散补偿光纤可以让系统信号更稳定。采用包含保偏光纤的sagnac环作为传感元件，利用保偏光纤的双折射对温度敏感的特点，通过光谱仪对sagnac环的相位解调实现温度传感，兼具灵敏度高和使用方便的优点。

Description

一种基于激光振荡环路的高灵敏度温度传感系统
技术领域
本发明涉及温度传感器领域，具体涉及一种基于激光振荡环路的高灵敏度温度传感系统。
背景技术
在人类生产生活中，对温度的监测是至关重要的，随着科技的快速发展，温度传感器的种类越来越多，而传统电类温度传感器由于易受电磁干扰、智能化难度大、不便于网络化等缺陷而逐渐被光纤温度传感器所取代。光纤温度传感器具有重量轻、体积小、耐腐蚀、抗电磁干扰、化学稳定性好、本质安全等特点，适用于强电磁干扰、易燃易爆、强腐蚀性等极端环境的温度监测。如今，光纤温度传感器已广泛应用于医疗诊断、石油化工、电力监测和国防安全等领域。
应用于温度传感的光纤传感器种类比较多，如光纤光栅(FBG)、法布里-珀罗干涉仪(F-P干涉仪)等。FBG温度传感器是目前使用最多的传感器，但由于石英光纤的热光系数较低，因此温度灵敏度较低。基于F-P腔的温度传感器虽原理较简单、体积小、灵敏度高，但是在使用过程中需要将传感元件与普通光纤熔接才能形成解调光路，因此使用比较繁琐。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于激光振荡环路的高灵敏度温度传感系统解决了现有光纤温度传感器不能兼顾高灵敏度和使用便捷的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
提供一种基于激光振荡环路的高灵敏度温度传感系统，其包括激光振荡环路、sagnac环和光谱仪；激光振荡环路通过50:50光纤耦合器与sagnac环相连接；
sagnac环包括保偏光纤，保偏光纤的两端分别与50:50光纤耦合器相连接，保偏光纤为本系统的传感元件；
激光振荡环路通过30:70光纤耦合器的30％比例输出端与光谱仪相连接，光谱仪的输出为本系统的输出。
进一步地，激光振荡环路包括依次连接的色散补偿光纤、掺铒光纤放大器和偏振控制器，偏振控制器的输出端与30:70光纤耦合器的输入端相连，30:70光纤耦合器的70％比例输出端与隔离器的输入端相连接；隔离器的输出端连接50:50光纤耦合器的输入端，色散补偿光纤的另一端连接50:50光纤耦合器的输出端。
本发明的有益效果为：本系统采用激光振荡环路，可以让干涉光波中所包含的模式增益显著增高，使信号的3dB带宽变窄、并且增加系统的灵敏度以及分辨率，激光振荡环路中色散补偿光纤可以让系统信号更稳定。采用包含保偏光纤的sagnac环作为传感元件，利用保偏光纤的双折射对温度敏感的特点，通过光谱仪对sagnac环的相位解调实现温度传感，兼具灵敏度高和使用方便的优点。
附图说明
图1为本系统的结构框图。
其中：1、掺铒光纤放大器；2、偏振控制器；3、30:70光纤耦合器；4、光谱仪；5、隔离器；6、50:50光纤耦合器；7、保偏光纤；8、激光振荡环路；9、sagnac环；10、色散补偿光纤。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，该基于激光振荡环路的高灵敏度温度传感系统包括激光振荡环路8、sagnac环9和光谱仪4；激光振荡环路8通过50:50光纤耦合器6与sagnac环9相连接；
sagnac环9包括保偏光纤7，保偏光纤7的两端分别与50:50光纤耦合器6相连接，保偏光纤7为本系统的传感元件；
激光振荡环路8通过30:70光纤耦合器3的30％比例输出端与光谱仪4相连接，光谱仪4的输出为本系统的输出。
激光振荡环路8包括依次连接的色散补偿光纤10、掺铒光纤放大器1和偏振控制器2，偏振控制器2的输出端与30:70光纤耦合器3的输入端相连，30:70光纤耦合器3的70％比例输出端与隔离器5的输入端相连接；隔离器5的输出端连接50:50光纤耦合器6的输入端，色散补偿光纤10的另一端连接50:50光纤耦合器6的输出端。
在具体实施过程中，掺铒光纤放大器1同时为激光振荡环路8提供激励源和增益，偏振控制器2用于调节光的偏振态，便于后续处理。30:70光纤耦合器3中70％比例输出端与隔离器5的输入端相连接，可以让70％的光在环路内继续传输。隔离器5可以使激光振荡环路8内的光只沿一个方向传输，避免信号干扰。50:50光纤耦合器6将来自于隔离器5的光信号均分之后分别以顺时针和逆时针的方向传入sagnac环9，两路光信号最终在50:50光纤耦合器6处耦合并进入色散补偿光纤10，色散补偿光纤10可以对激光振荡环路8内的光进行色散补偿，以得到稳定的传感信号。由于两路光信号均会经过保偏光纤7，保偏光纤7具有高双折射的特点，当环境温度发生变化时，温度双折射效应会导致保偏光纤7的本征模之间的相位差发生变化，即改变保偏光纤7的双折射系数，使得从sagnac环9中进入激光振荡环路8的光信号出现的相位差，通过光谱仪4对从sagnac环9中进入激光振荡环路8的光信号的相位进行解调，结合事先获取的双折射系数与温度的对应关系，即可实现温度传感。
综上所述，本发明采用激光振荡环路8，可以让干涉光波中所包含的模式增益显著增高，使信号的3dB带宽变窄、并且增加系统的灵敏度以及分辨率，激光振荡环路8中色散补偿光纤10可以让系统信号更稳定。采用包含保偏光纤7的sagnac环9作为传感元件，利用保偏光纤7的双折射对温度敏感的特点，通过光谱仪4对sagnac环9的相位解调实现温度传感，兼具灵敏度高和使用方便的优点。

Claims (2)

1.一种基于激光振荡环路的高灵敏度温度传感系统，其特征在于，包括激光振荡环路(8)、sagnac环(9)和光谱仪(4)；所述激光振荡环路(8)通过50:50光纤耦合器(6)与sagnac环(9)相连接；
所述sagnac环(9)包括保偏光纤(7)，所述保偏光纤(7)的两端分别与50:50光纤耦合器(6)相连接，保偏光纤(7)为本系统的传感元件；
激光振荡环路(8)通过30:70光纤耦合器(3)的30％比例输出端与光谱仪(4)相连接，光谱仪(4)的输出为本系统的输出。
2.根据权利要求1所述的基于激光振荡环路的高灵敏度温度传感系统，其特征在于，所述激光振荡环路(8)包括依次连接的色散补偿光纤(10)、掺铒光纤放大器(1)和偏振控制器(2)，所述偏振控制器(2)的输出端与30:70光纤耦合器(3)的输入端相连，所述30:70光纤耦合器(3)的70％比例输出端与隔离器(5)的输入端相连接；隔离器(5)的输出端连接50:50光纤耦合器(6)的输入端，色散补偿光纤(10)的另一端连接50:50光纤耦合器(6)的输出端。
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