CN114593837A - 双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器及其系统 - Google Patents

双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器及其系统 Download PDF

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CN114593837A CN202210224327.1A CN202210224327A CN114593837A CN 114593837 A CN114593837 A CN 114593837A CN 202210224327 A CN202210224327 A CN 202210224327A CN 114593837 A CN114593837 A CN 114593837A
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Abstract

本发明涉及一种双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器及其系统，双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器包括：少模光纤干涉仪和单模光纤干涉仪；少模光纤干涉仪的结构为错位熔接的单模光纤‑少模光纤‑单模光纤，单模光纤干涉仪的结构为错位熔接的单模光纤‑单模光纤‑单模光纤；少模光纤干涉仪与单模光纤干涉仪串联连接；当目标温度发生变化时，少模光纤干涉仪和单模光纤干涉仪的峰值波长发生相反方向的移动形成包络谱，以实现双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器的温度灵敏度检测。本发明可以满足高灵敏度的温度监测需求。

Description

双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器及其系统
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器及其系统。
背景技术
温度是表征物体冷热程度的物理量，是需要在实际生产与科学研究过程中谨慎控制的重要物理量之一。在生产制造过程中，温度会直接影响产品的质量与性能，故其被各行业列为检测的重要指标。在科学研究中，例如在生物研究中，细菌培养环境对温度有着严格的要求，只有在特定温度下菌体才能保持活性，需要对培养环境的温度进行实时监测。
光纤传感器具有灵敏度高、制作成本低、抗电磁干扰、耐高温、耐腐蚀、能适应恶劣环境等独特的优势，因此具有广泛的应用前景。光在光纤中传输时，外界环境因素的变化会使表征光波的特征参量发生变化，因此可以对各种环境参量进行检测。运用干涉原理制成的光纤传感器，不仅更为灵敏，而且结构灵活多样。其中一体化的在线式马赫曾德尔干涉仪备受关注，这种干涉仪将分光、耦合、干涉集中在单根光纤中实现，结构简单。传统的在线式马赫曾德尔干涉仪结构(如单模-单模-单模、单模-少模-单模、单模-多模-单模等)灵敏度偏低，一般温度灵敏度仅为几十pm/℃，无法满足高灵敏度的温度监测需求。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器及其系统，用以解决现有技术中无法满足高灵敏度的温度监测需求的问题。
为了解决上述问题，第一方面，本发明提供一种双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器，所述双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器包括：
少模光纤干涉仪和单模光纤干涉仪；
所述少模光纤干涉仪的结构为错位熔接的单模光纤-少模光纤-单模光纤，所述单模光纤干涉仪的结构为错位熔接的单模光纤-单模光纤-单模光纤；
所述少模光纤干涉仪与所述单模光纤干涉仪串联连接；
当目标温度发生变化时，所述少模光纤干涉仪和所述单模光纤干涉仪的峰值波长发生相反方向的移动形成包络谱，以实现所述双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器的温度灵敏度检测。
可选的，所述当目标温度发生变化时，所述少模光纤干涉仪和所述单模光纤干涉仪的峰值波长发生相反方向的移动形成包络谱，以实现所述双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器的温度灵敏度检测，包括：
获取在目标温度发生变化时，所述少模光纤干涉仪和所述单模光纤干涉仪级联后形成的包络谱；
获取所述包络谱的峰值波长漂移量；
通过追踪所述包络谱的峰值波长漂移量，以实现所述双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器的温度灵敏度检测。
可选的，所述当目标温度发生变化时，所述少模光纤干涉仪和所述单模光纤干涉仪的峰值波长发生相反方向的移动形成包络谱，包括：
少模光纤干涉仪在错位熔接时激发少模光纤中的LP01、LP11模式，以使少模光纤干涉仪的第一干涉谱峰值波长随温度升高蓝移；
单模光纤干涉仪在错位熔接时激发单模光纤中的包层模式，以使单模光纤干涉仪的第二干涉谱峰值波长随温度升高红移；
基于游标效应，所述少模光纤干涉仪与所述单模光纤干涉仪级联后的光谱形成包络谱。
可选的，所述少模光纤干涉仪中的单模光纤-少模光纤-单模光纤的熔接方式为错位熔接，所述单模光纤-少模光纤-单模光纤的第一错位量为7μm；
所述单模光纤干涉仪2中的单模光纤-单模光纤-单模光纤的熔接方式为错位熔接，所述单模光纤-单模光纤-单模光纤的第二错位量为7μm。
可选的，所述双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器中使用的单模光纤纤芯直径为9μm，包层直径为125μm，纤芯折射率为1.468，包层折射率为1.463；
所述双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器中使用的少模光纤的纤芯直径为14μm，包层直径为125μm，纤芯折射率为1.449，包层折射率为1.444。
可选的，利用熔接机错位熔接所述少模光纤干涉仪和所述单模光纤干涉仪中的各光纤接口；
利用法兰将所述少模光纤干涉仪与所述单模光纤干涉仪进行串联。
第二方面，本发明还提供一种基于所述双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器的温度传感系统，所述温度传感系统包括：
宽谱光源、所述双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器及光谱仪；
所述宽谱光源、所述双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器及所述光谱仪串联连接。
可选的，应用所述温度传感系统的温度灵敏度检测方法包括：
将所述双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器作为第一传感区，调整所述第一传感区温度，并获取每一温度节点下的第一实验光谱；
基于所述第一实验光谱获取第一波长漂移量；
通过追踪所述第一波长漂移量实现所述温度传感系统的第一温度灵敏度检测。
可选的，应用所述温度传感系统的温度灵敏度检测方法还包括：
将所述少模光纤干涉仪作为第二传感区，将所述单模光纤干涉仪作为第一干涉区；
调整所述第二传感区的温度，并记录每一温度节点的第二实验光谱；
基于所述第二实验光谱获取第二波长漂移量；
通过追踪所述第二波长漂移量实现所述温度传感系统的第二温度灵敏度检测。
可选的，应用所述温度传感系统的温度灵敏度检测方法还包括：
将所述单模光纤干涉仪作为第三传感区，将所述少模光纤干涉仪作为第二干涉区；
调整所述第三传感区的温度，并记录每一温度节点的第三实验光谱；
基于所述第三实验光谱获取第三波长漂移量；
通过追踪所述第三波长漂移量实现所述温度传感系统的第三温度灵敏度检测。
采用上述实施例的有益效果是：
本发明基于少模光纤的模式干涉进行传感。少模光纤传输模式少，干涉谱规整，用其获得的游标谱更简单、波长追踪更容易；并且少模光纤MZI模式干涉的峰值波长随温度增加蓝移，与传统的单模、多模光纤MZI峰值波长随温度增加红移的特性有显著不同；
除此之外，基于两干涉仪相反的波长-温度响应特性和光学游标效应，设计了一种能实现包络波长漂移量放大的级联式温度传感器，相较传统的游标效应，该传感器表现出了更大的波长漂移量以及更高的温度灵敏度。
附图说明
图1(a)为本发明提供的一种少模光纤干涉仪1的结构示意图；
图1(b)为本发明提供的一种单模光纤干涉仪2的结构示意图；
图1(c)为本发明提供的一种双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器的结构示意图；
图2(a)为本发明提供的一种基于双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器的温度传感系统的结构示意图；
图2(b)为本发明提供的一种基于少模光纤干涉仪1的温度传感系统的结构示意图；
图2(c)为本发明提供的一种基于单模光纤干涉仪2的温度传感系统的结构示意图；
图3(a)为本发明提供的一种少模光纤干涉仪1的光谱图；
图3(b)为本发明提供的一种单模光纤干涉仪2的光谱图；
图3(c)为本发明提供的一种双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器的光谱图；
图3(d)为本发明提供的一种双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器的光谱的傅里叶变化谱图；
图4(a)为本发明提供的一种30℃至80℃下双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器光谱包络的峰值波长漂移图；
图4(b)为本发明提供的一种双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器的温度灵敏度测试结果图；
图5(a)为本发明提供的一种少模光纤干涉仪1的温度灵敏度测试结果图；
图5(b)为本发明提供的一种单模光纤干涉仪2的温度灵敏度测试结果图；
图6(a)为本发明提供的一种将少模光纤干涉仪1用作传感干涉仪，单模光纤干涉仪2用作参考干涉仪的温度传感系统的结构示意图；
图6(b)为本发明提供的一种基于将单模光纤干涉仪2用作传感干涉仪，少模光纤干涉仪1用作参考干涉仪的温度传感系统的结构示意图；
图7(a)为本发明提供的一种将少模光纤干涉仪1用作传感干涉仪，单模光纤干涉仪2用作参考干涉仪的温度传感系统的温度灵敏度测试结果图；
图7(b)为本发明提供的一种将单模光纤干涉仪2用作传感干涉仪，少模光纤干涉仪1用作参考干涉仪的温度传感系统的温度灵敏度测试结果图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本发明提供了一种双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器及其系统，以下分别进行说明。
请参阅图1(c)，图1(c)为本发明提供的一种双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器的结构示意图，本发明的一个具体实施例，公开了一种双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器，包括：
少模光纤干涉仪和单模光纤干涉仪；
少模光纤干涉仪的结构为错位熔接的单模光纤-少模光纤-单模光纤，单模光纤干涉仪的结构为错位熔接的单模光纤-单模光纤-单模光纤；
少模光纤干涉仪与单模光纤干涉仪串联连接；
当目标温度发生变化时，少模光纤干涉仪和单模光纤干涉仪的峰值波长发生相反方向的移动形成包络谱，以实现双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器的温度灵敏度检测。
其中，少模光纤干涉仪和单模光纤干涉仪为两个自由光谱区接近的在线式马赫曾德尔干涉仪。少模光纤干涉仪由少模光纤两端错位熔接单模光纤构成，单模光纤干涉仪由单模光纤两端错位熔接单模光纤构成，即少模光纤干涉仪的结构为错位熔接的单模光纤-少模光纤-单模光纤，单模光纤干涉仪的结构为错位熔接的单模光纤-单模光纤-单模光纤。由于少模光纤干涉仪的峰值波长随温度增加蓝移，单模光纤干涉仪的峰值波长随温度增加红移。因此少模光纤干涉仪和单模光纤干涉仪的峰值波长发生相反方向的移动形成包络谱，包络谱的峰值波长发生偏移，通过追逐波长的漂移便可实现温度灵敏度的检测。
在本发明的一个实施例中，少模光纤干涉仪中的单模光纤-少模光纤-单模光纤的熔接方式为错位熔接，单模光纤-少模光纤-单模光纤的第一错位量为7μm；
单模光纤干涉仪2中的单模光纤-单模光纤-单模光纤的熔接方式为错位熔接，单模光纤-单模光纤-单模光纤的第二错位量为7μm。
在本发明的一个实施例中，双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器中使用的单模光纤纤芯直径为9μm，包层直径为125μm，纤芯折射率为1.468，包层折射率为1.463；
双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器中使用的少模光纤的纤芯直径为14μm，包层直径为125μm，纤芯折射率为1.449，包层折射率为1.444。
利用熔接机错位熔接少模光纤干涉仪和单模光纤干涉仪中的各光纤接口；
利用法兰将少模光纤干涉仪与单模光纤干涉仪进行串联。
可以理解的是，本发明仅需要用到熔接机错位熔接光纤，相较于其他增敏方式(如光纤拉锥、腐蚀等)，制作方式更为简单、同时结构强度更高、重复性更好。
在本发明的一个实施例中，上述基于双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器的制备方法，具体步骤如下：
1)对于少模光纤干涉仪，用剥线钳将单模光纤一端的涂覆层剥除，并用酒精擦拭残留的碎屑。用光纤切割刀切出平整端面，并将光纤段移至熔接机一侧固定。同样地，取一段少模光纤重复上述去除涂覆层和切割操作，并将少模光纤固定在熔接机另一侧。
2)熔接机的光纤对齐方式选为“手动”模式，使输出单模光纤相对少模光纤沿x轴方向移动7μm左右，设置放电时间为2000ms，放电强度为标准强度，完成错位熔接；
3)将少模光纤的另一端去除涂覆层，并用光纤切割刀控制少模光纤长度为33cm，后将其固定在熔接机一侧。取另一段单模光纤，将其一端进行去除涂覆层和切割的操作后，固定至熔接机另一侧，并重复步骤(2)，完成少模光纤干涉仪的制作，请参阅图1(a)，图1(a)为本发明提供的一种少模光纤干涉仪的结构示意图；
4)对于单模光纤干涉仪，将步骤(1)-(3)的少模光纤替换为单模光纤(长度控制为4cm)，并且其涂覆层需要全部去除，并重复上述操作，完成单模光纤干涉仪的制作，请参阅图1(b)，图1(b)为本发明提供的一种单模光纤干涉仪的结构示意图；
5)通过法兰将少模光纤干涉仪与单模光纤干涉仪串联形成级联干涉仪，即双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器。请参阅图1(c)。
在本发明的一个实施例中，当目标温度发生变化时，少模光纤干涉仪和单模光纤干涉仪的峰值波长发生相反方向的移动形成包络谱，以实现双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器的温度灵敏度检测，包括：
获取在目标温度发生变化时，少模光纤干涉仪和单模光纤干涉仪级联后形成的包络谱；
获取包络谱的峰值波长漂移量；
通过追踪包络谱的峰值波长漂移量，以实现双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器的温度灵敏度检测。
可以理解的是，当外界温度变化时，各个模式的有效折射率发生不同程度的变化，同时光纤的长度由于热膨胀也发生变化，因此不同模式间的光程差(即传输的相位差)也随之变化，输出的干涉信号峰值波长发生偏移，通过追逐波长的漂移便可实现温度的检测。
具体的，单个少模光纤干涉仪、单个单模光纤干涉仪的干涉谱峰值波长-温度响应趋势分别为蓝移和红移，使得级联干涉仪光谱包络的峰值波长-温度漂移量变大，传感器温度灵敏度相对于单个干涉仪可提升十倍以上。
在本发明的一个实施例中，当目标温度发生变化时，少模光纤干涉仪和单模光纤干涉仪的峰值波长发生相反方向的移动形成包络谱，包括：
少模光纤干涉仪在错位熔接时激发少模光纤中的LP01、LP11模式，以使少模光纤干涉仪的第一干涉谱峰值波长随温度升高蓝移；
单模光纤干涉仪在错位熔接时激发单模光纤中的包层模式，以使单模光纤干涉仪的第二干涉谱峰值波长随温度升高红移；
基于游标效应，少模光纤干涉仪与单模光纤干涉仪级联后的光谱形成包络谱。
可以理解的是，两干涉仪中参与干涉的成分不同。少模光纤干涉仪1为错位熔接的单模-少模-单模光纤。单模传输的光进入少模光纤时，因为错位熔接，模场不匹配，将激发出少模光纤纤芯中的LP11模式。LP11模式与基模模式有效折射率存在差异，在传输至合束器时将会积累一定的相位差，发生干涉。因此两个错位熔接点分别充当了分束镜和合束镜。单模光纤干涉仪2为错位熔接的单模-单模-单模结构，在第一个熔接点处将激发出单模光纤中的包层模式(LPclad)，该模式与原有的基模在中间段单模光纤中传输，至第二个熔接点处干涉。而少模光纤干涉仪1的干涉谱峰值波长随温度升高蓝移，单模光纤干涉仪2的干涉谱峰值波长随温度升高红移，将干涉仪1和干涉仪2串联后，输出光谱为两干涉谱的叠加，由于游标效应，输出光谱的表现形式为包络谱。
本发明基于少模光纤的模式干涉进行传感。少模光纤传输模式少，干涉谱规整，用其获得的游标谱更简单、波长追踪更容易；并且少模光纤MZI模式干涉的峰值波长随温度增加蓝移，与传统的单模、多模光纤MZI峰值波长随温度增加红移的特性有显著不同；
除此之外，基于两干涉仪相反的波长-温度响应特性和光学游标效应，设计了一种能实现包络波长漂移量放大的级联式温度传感器，相较传统的游标效应，该传感器表现出了更大的波长漂移量以及更高的温度灵敏度。
请参阅图2(a)，图2(a)为本发明提供的一种基于双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器的温度传感系统的结构示意图，本发明的一个具体实施例中，公开了该温度传感系统，包括：
宽谱光源、双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器及光谱仪；
宽谱光源、双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器及光谱仪串联连接。
在本发明的一个实施例中，应用温度传感系统的温度灵敏度检测方法包括：
将双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器作为第一传感区，调整第一传感区温度，并获取每一温度节点下的第一实验光谱；
基于第一实验光谱获取第一波长漂移量；
通过追踪第一波长漂移量实现温度传感系统的第一温度灵敏度检测。
其中，基于第一实验光谱获取第一波长漂移量，具体包括：
对第一实验光谱进行傅里叶变换得到傅里叶变化谱图；
选取傅里叶变化谱图中的特定频段进行反变换，得到滤波谱；
提取滤波谱中的包络，读取包络中的波长漂移量作为第一波长漂移量。
具体的，在本发明的一个实施例中，应用温度传感系统的温度灵敏度检测方法，具体步骤如下：
1)将整个级联干涉仪(即串联连接的少模光纤干涉仪1和单模光纤干涉仪2)置于温箱内，然后将传感器拉直并用胶将两侧固定住；
2)通过法兰将传感器的入射端和出射端分别与宽谱光源(SLED光源)和光谱仪连接，请参阅图2(a)；
3)改变温箱温度，从30℃升至80℃，温度梯度为10℃，在每个温度点下通过光谱仪记录实验光谱(请参阅图3(c)，图3(c)为本发明提供的一种双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器的光谱图)；
4)将实验光谱进行傅里叶变换(请参阅图3(d)，图3(d)为本发明提供的一种双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器的光谱的傅里叶变化谱图)，选取特定空间频率段进行傅里叶反变换(为了滤除不需要的模式干涉)得到滤波谱，最终通过希尔伯特变换提取出滤波谱中的包络，并读取包络波长漂移量(请参阅图4(a)，图4(a)为本发明提供的一种30℃至80℃下双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器光谱包络的峰值波长漂移图)，得出级联干涉仪的温度灵敏度(请参阅图4(b)，图4(b)为本发明提供的一种双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器的温度灵敏度测试结果图)；
5)待温箱冷却至室温后，把传感器从温箱中取出，并将少模光纤干涉仪1和单模光纤干涉仪2分开；
6)将少模光纤干涉仪1单独置于温箱内，然后将传感器拉直并用胶将两侧固定住，通过法兰将少模光纤干涉仪1的入射端和出射端分别与宽谱光源和光谱仪连接，请参阅图2(b)，图2(b)为本发明提供的一种基于少模光纤干涉仪1的温度传感系统的结构示意图，重复步骤(3)(请参阅图3(a)，图3(a)为本发明提供的一种少模光纤干涉仪1的光谱图)，并读取实验光谱中的波长漂移量，得出少模光纤干涉仪1的温度灵敏度(请参阅图5(a)，图5(a)为本发明提供的一种少模光纤干涉仪1的温度灵敏度测试结果图)；
7)待温箱冷却至室温后，将少模光纤干涉仪1从温箱中取出；
8)将单模光纤干涉仪2单独置于温箱内，然后将传感器拉直并用胶将两侧固定住，通过法兰将干涉仪的入射端和出射端分别与宽谱光源和光谱仪连接，请参阅图2(c)，图2(c)为本发明提供的一种基于单模光纤干涉仪2的温度传感系统的结构示意图；重复步骤(3)(请参阅图3(b)，图3(b)为本发明提供的一种单模光纤干涉仪2的光谱图)，并读取实验光谱中的波长漂移量，得出单模光纤干涉仪2的温度灵敏度(请参阅图5(b)，图5(b)为本发明提供的一种单模光纤干涉仪2的温度灵敏度测试结果图)；
实验表明：基于双干涉仪级联的温度灵敏度可达-0.794nm/℃，相较于单独的单模-少模-单模干涉仪的灵敏度(-0.069nm/℃)扩大了11.5倍，相较于单独的单模-单模-单模干涉仪的灵敏度(0.055nm/℃)扩大了14.4倍，实现了温度灵敏度的大幅度提升。
在本发明的一个实施例中，应用温度传感系统的温度检测方法还包括：
将少模光纤干涉仪1作为第二传感区，将单模光纤干涉仪2作为第一干涉区；
调整第二传感区温度，并获取实验光谱中的第一波长漂移量；
通过追踪第一波长漂移量实现对温度的检测。
在本发明的一个实施例中，应用温度传感系统的温度检测方法还包括：
将单模光纤干涉仪2作为第三传感区，将少模光纤干涉仪1作为第二干涉区；
整第三传感区温度，并获取实验光谱中的第二波长漂移量；
通过追踪第二波长漂移量实现对温度的检测。
具体的，在本发明的另一个实施例中，应用温度传感系统的温度检测方法，具体步骤如下：
1)将级联干涉仪中的少模光纤干涉仪1置于温箱内，单模光纤干涉仪2置于温箱外(即少模光纤干涉仪1用作传感干涉仪，单模光纤干涉仪2用作参考干涉仪)，请参阅图6(a)，图6(a)为本发明提供的一种将少模光纤干涉仪1用作传感干涉仪，单模光纤干涉仪2用作参考干涉仪的温度传感系统的结构示意图，然后将传感器拉直并用胶将两侧固定住，通过法兰将干涉仪的入射端和出射端分别与宽谱光源和光谱仪连接；
2)将温箱温度从30℃升至80℃，温度梯度为10℃，在每个温度点下通过光谱仪记录实验光谱；
3)将实验光谱进行傅里叶变换，选取特定空间频率段进行傅里叶反变换(滤除不需要的模式干涉)得到滤波谱，最终通过希尔伯特变换提取出滤波谱中的包络，并读取包络波长漂移量，得出基于传统级联干涉仪游标效应的温度灵敏度(请参阅图7(a)，图7(a)为本发明提供的一种将少模光纤干涉仪1用作传感干涉仪，单模光纤干涉仪2用作参考干涉仪的温度传感系统的温度灵敏度测试结果图)；
4)待温箱冷却至室温后，将少模光纤干涉仪1从温箱中取出；
5)将级联干涉仪中的单模光纤干涉仪2置于温箱内，少模光纤干涉仪1置于温箱外(即单模光纤干涉仪2用作传感干涉仪，少模光纤干涉仪1用作参考干涉仪，请参阅图6(b)，图6(b)为本发明提供的一种基于将单模光纤干涉仪2用作传感干涉仪，少模光纤干涉仪1用作参考干涉仪的温度传感系统的结构示意图，然后将传感器拉直并用胶将两侧固定住，通过法兰将干涉仪的入射端和出射端分别与宽谱光源和光谱仪连接；重复步骤(2)、(3)，并读取实验光谱中的波长漂移量，得出基于传统级联干涉仪游标效应的温度灵敏度(请参阅图7(b)，图7(b)为本发明提供的一种将单模光纤干涉仪2用作传感干涉仪，少模光纤干涉仪1用作参考干涉仪的温度传感系统的温度灵敏度测试结果图)；
实验表明：将少模光纤干涉仪1用作传感干涉仪，单模光纤干涉仪2用作参考干涉仪时，温度灵敏度为-0.454nm/℃；将单模光纤干涉仪2用作传感干涉仪，少模光纤干涉仪1用作参考干涉仪时，温度灵敏度-0.385nm/℃。对比上述实施例中将少模光纤干涉仪1与单模光纤干涉仪2都作为传感干涉仪的级联干涉仪温度灵敏度(-0.794nm/℃)可知，由于少模光纤干涉仪1和单模光纤干涉仪2的温度响应趋势相反，两者级联作为温度传感器，可进一步增加包络谱峰值波长的温度响应漂移，即进一步增强了传感器温度灵敏度。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器，其特征在于，所述双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器包括：
少模光纤干涉仪和单模光纤干涉仪；
所述少模光纤干涉仪的结构为错位熔接的单模光纤-少模光纤-单模光纤，所述单模光纤干涉仪的结构为错位熔接的单模光纤-单模光纤-单模光纤；
所述少模光纤干涉仪与所述单模光纤干涉仪串联连接；
当目标温度发生变化时，所述少模光纤干涉仪和所述单模光纤干涉仪的峰值波长发生相反方向的移动形成包络谱，以实现所述双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器的温度灵敏度检测。
2.根据权利要求1所述的双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器，其特征在于：所述当目标温度发生变化时，所述少模光纤干涉仪和所述单模光纤干涉仪的峰值波长发生相反方向的移动形成包络谱，以实现所述双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器的温度灵敏度检测，包括：
获取在目标温度发生变化时，所述少模光纤干涉仪和所述单模光纤干涉仪级联后形成的包络谱；
获取所述包络谱的峰值波长漂移量；
通过追踪所述包络谱的峰值波长漂移量，以实现所述双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器的温度灵敏度检测。
3.根据权利要求1或2所述的双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器，其特征在于：所述当目标温度发生变化时，所述少模光纤干涉仪和所述单模光纤干涉仪的峰值波长发生相反方向的移动形成包络谱，包括：
少模光纤干涉仪在错位熔接时激发少模光纤中的LP01、LP11模式，以使少模光纤干涉仪的第一干涉谱峰值波长随温度升高蓝移；
单模光纤干涉仪在错位熔接时激发单模光纤中的包层模式，以使单模光纤干涉仪的第二干涉谱峰值波长随温度升高红移；
基于游标效应，所述少模光纤干涉仪与所述单模光纤干涉仪级联后的光谱形成包络谱。
4.根据权利要求1所述的双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器，其特征在于：
所述少模光纤干涉仪中的单模光纤-少模光纤-单模光纤的熔接方式为错位熔接，所述单模光纤-少模光纤-单模光纤的第一错位量为7μm；
所述单模光纤干涉仪中的单模光纤-单模光纤-单模光纤的熔接方式为错位熔接，所述单模光纤-单模光纤-单模光纤的第二错位量为7μm。
5.根据权利要求1所述的双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器，其特征在于：
所述双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器中使用的单模光纤纤芯直径为9μm，包层直径为125μm，纤芯折射率为1.468，包层折射率为1.463；
所述双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器中使用的少模光纤的纤芯直径为14μm，包层直径为125μm，纤芯折射率为1.449，包层折射率为1.444。
6.根据权利要求1所述的双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器，其特征在于：
利用熔接机错位熔接所述少模光纤干涉仪和所述单模光纤干涉仪中的各光纤接口；
利用法兰将所述少模光纤干涉仪与所述单模光纤干涉仪进行串联。
7.一种基于所述双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器的温度传感系统，其特征在于，所述温度传感系统包括：
宽谱光源、所述双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器及光谱仪；
所述宽谱光源、所述双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器及所述光谱仪串联连接。
8.根据权利要求7所述的温度传感系统，其特征在于，应用所述温度传感系统的温度灵敏度检测方法包括：
将所述双干涉仪级联游标增敏的少模光纤温度传感器作为第一传感区，调整所述第一传感区温度，并获取每一温度节点下的第一实验光谱；
基于所述第一实验光谱获取第一波长漂移量；
通过追踪所述第一波长漂移量实现所述温度传感系统的第一温度灵敏度检测。
9.根据权利要求7所述的温度传感系统，其特征在于，应用所述温度传感系统的温度灵敏度检测方法还包括：
将所述少模光纤干涉仪作为第二传感区，将所述单模光纤干涉仪作为第一干涉区；
调整所述第二传感区的温度，并记录每一温度节点的第二实验光谱；
基于所述第二实验光谱获取第二波长漂移量；
通过追踪所述第二波长漂移量实现所述温度传感系统的第二温度灵敏度检测。
10.根据权利要求7所述的温度传感系统，其特征在于，应用所述温度传感系统的温度灵敏度检测方法还包括：
将所述单模光纤干涉仪作为第三传感区，将所述少模光纤干涉仪作为第二干涉区；
调整所述第三传感区的温度，并记录每一温度节点的第三实验光谱；
基于所述第三实验光谱获取第三波长漂移量；
通过追踪所述第三波长漂移量实现所述温度传感系统的第三温度灵敏度检测。
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