CN202350948U - 一种基于光子晶体光纤长周期光栅的温度传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于光子晶体光纤长周期光栅的温度传感器。宽带光源与灌注后的光子晶体光纤长周期光栅一端光连接，灌注后的光子晶体光纤长周期光栅的另一端光连接到光谱仪。灌注有温度敏感型溶液的光子晶体光纤长周期光栅，对应外界温度改变，包层的有效折射率会发生明显变化，通过监测中心波长的漂移，可获得温度信息。本实用新型目的就是针对现有光纤温度传感器灵敏度不高的特点，提出了一种结构简单、灵敏度高的基于光子晶体光纤长周期光栅的温度传感器。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于光子晶体光纤长周期光栅的温度传感器。
背景技术
对温度进行测量在我们日常生活中随处可见，温度计就是其中最普通的一种简易温度传感器。随着社会的发展和科技的进步，其他一些基于电信号的温度传感器如热电偶、热敏电阻等也已逐渐进入人们的视线，并广泛应用于温度检测的各个领域。它们的测温原理及结构都比较简单，但由于是以电信号作为工作媒介，很容易受到电磁干扰，且存在着易腐蚀，灵敏度较低，难以实现分布式传感等缺点。
光纤传感器有许多独特的优点，如对电磁干扰不敏感，灵敏度高，体积小，抗腐蚀，可应用于各种不同的环境中。用光纤作为温度测量媒介的机理多种多样，而基于布拉格光纤光栅或长周期光纤光栅的温度传感器以其较简单的原理--采用温度变化引起的波长漂移量或强度变化进行解调即可得到温度信息，而受到人们的重视。然而，布拉格光纤光栅温度传感器的灵敏度比较低(只有～10pm/℃)，无法应用于高灵敏测温领域；长周期光纤光栅温度传感器的灵敏度比布拉格光纤光栅高一个量级，约为0.1nm/℃。
光子晶体光纤是一种新型光纤，其包层中沿轴向周期性排列着波长量级的空气孔，具有二维光子晶体结构。光子晶体光纤由于没有掺杂，所以具有温度不敏感性，通过对这些空气孔的大小、分布或折射率的灵活设计，可以实现不同的功能，因此基于光子 晶体光纤长周期光栅的传感器被广泛应用于应力，弯曲等参量的测量。
本实用新型是利用包层空气孔中灌有温度敏感型溶液的光子晶体光纤长周期光栅实现温度传感，结构简单，灵敏度极高。
发明内容
本实用新型目的就是针对现有光纤温度传感器存在的灵敏度不够高的特点，提出了一种结构简单、灵敏度高的一种基于光子晶体光纤长周期光栅的温度传感器。
本实用新型为解决技术问题所采取的技术方案是：
一种基于光子晶体光纤长周期光栅的温度传感器，包括宽带光源、光子晶体光纤长周期光栅和光谱仪。
宽带光源与光子晶体光纤长周期光栅的一端光连接，光子晶体光纤长周期光栅的另一端光连接到光谱仪。
光子晶体光纤长周期光栅做为传感头，在其包层的空气孔内灌注温度敏感型溶液，灌注长度为26mm～28mm；光子晶体光纤长周期光栅的栅格周期为650μm～700μm。
本实用新型所具有的优点为：在光子晶体光纤长周期光栅的包层空气孔中灌注温度敏感型溶液，当外界温度变化时，包层的有效折射率会随孔中溶液的折射率改变而变化，变化程度会比普通的长周期光纤光栅和未经灌注的光子晶体光纤长周期光栅更大，因此透射谱中的谐振峰漂移程度也更为明显，通过监测中心波长的漂移量，就可以获得温度信息，从而大大提高了温度传感的灵敏度。本实用新型设计的温度传感器的灵敏度比长周期光纤光栅高出一个量级，比光纤布拉格光栅的灵敏度要高出两个量级，具有非常高的灵敏度。整个器件结构紧凑，体积小，可广泛应用于各种温 度监测领域。
附图说明
图1为本实用新型的结构图；
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进一步描述。
如图1所示，一种基于光子晶体光纤长周期光栅的温度传感器，包括宽带光源1、光子晶体光纤长周期光栅2和光谱仪3。宽带光源1与光子晶体光纤长周期光栅2的一端光连接，光子晶体光纤长周期光栅2的另一端光连接到光谱仪3。
其中，光子晶体光纤长周期光栅包层的空气孔内灌注温度敏感型溶液，光栅周期要确保灌入后，光子晶体光纤长周期光栅的谐振波长在宽带光源和光谱仪的工作范围之内。
本实用新型的工作方式为：宽带光源发出的光耦合进入灌注后的光子晶体光纤长周期光栅，由于长周期光栅的模式耦合作用，透射谱中会产生谐振波长，谐振波长随光子晶体光纤长周期光栅的纤芯和包层有效折射率差的改变而发生漂移。当外界温度发生变化时，会引起光子晶体光纤包层空气孔内温度敏感型溶液折射率发生变化，进而影响光子晶体光纤长周期光栅包层有效折射率，因此在光谱仪上能观察到中心波长会发生漂移。通过检测中心波长的漂移量即可获得外界环境的温度信息。
在本实例中所使用的光子晶体光纤长周期光栅，栅格周期为650μm，灌注浓度为99.8％的乙醇溶液。分别记录温度为20℃，22℃，24℃，26℃，28℃时的中心波长，其数据如表一。
表一：本实用新型温度传感器在不同温度下的中心波长
| 温度(℃) | 20 | 22 | 24 | 26 | 28 |
| 灌注PCF-LPG中 | 1660.53 | 1642.02 | 1624.64 | 1608.03 | 1591.79 |
| 心波长(nm) |
计算其灵敏度～8.57nm/℃，约是布拉格光纤光栅温度传感器灵敏度的850倍，是传统长周期光纤光栅温度传感器灵敏度的85倍。
本实用新型能够实现高灵敏度测温的关键技术为：在光子晶体光纤长周期光栅的包层空气孔中灌注温度敏感型溶液，当外界温度变化时，包层的有效折射率会随孔中溶液的折射率改变而变化，变化程度会比普通的长周期光纤光栅和未经灌注的光子晶体光纤长周期光栅更大，因此透射谱中的谐振峰漂移程度也更为明显，通过监测中心波长的漂移量，就可以获得温度信息，从而大大提高了温度传感的灵敏度。
本实施例中，选用的光子晶体光纤长周期光栅的栅格周期为650μm，灌注的温度敏感型溶液为乙醇溶液，溶液浓度为99.8％，灌注长度为26mm。
Claims (1)
1.一种基于光子晶体光纤长周期光栅的温度传感器，包括宽带光源、光子晶体光纤长周期光栅和光谱仪，其特征在于：宽带光源与光子晶体光纤长周期光栅的一端光连接，光子晶体光纤长周期光栅的另一端光连接到光谱仪；
光子晶体光纤长周期光栅做为传感头，在其包层空气孔内灌注有温度敏感型溶液，灌注长度为26mm～28mm；光子晶体光纤长周期光栅的栅格周期为650μm～700μm。
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| CN2011203464283U CN202350948U (zh) | 2011-09-13 | 2011-09-13 | 一种基于光子晶体光纤长周期光栅的温度传感器 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN113138035A (zh) * | 2021-04-22 | 2021-07-20 | 东北大学 | 基于光纤色散波的温度传感器及温度测量系统 |
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2011
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