CN207066632U - 基于布拉格光纤光栅fp腔的温度传感装置 - Google Patents

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郭文华
尹泽民
黄新泷
华强
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Abstract

本实用新型公开了一种基于布拉格光纤光栅FP腔的温度传感装置，包括宽带光源、光环行器、传感纤体和光谱分析计算模块，所述宽带光源与光环行器的1号口连接，传感纤体与光环行器的2号口连接，光谱分析计算模块与光环行器的3号口连接，所述光谱分析计算模块用于分析传感纤体反射谱得到谐振峰波长漂移量并计算对应温度，所述传感纤体包括纤芯和包覆于纤芯的包层，所述纤芯上间隔写制有两个相同的布拉格光纤光栅，所述相同的布拉格光纤光栅之间构成FP腔。该传感装置解决了布拉格光纤光栅反射谱宽，测量范围小的缺点，稳定性、精确度更高，简单易行，成本低廉。

Description

基于布拉格光纤光栅FP腔的温度传感装置
技术领域
本实用新型涉及一种温度传感器，特别是涉及一种基于布拉格光纤光栅FP腔的温度传感装置。
背景技术
光纤光栅技术的快速发展，使布拉格光纤光栅成为在传感器领域的重要器件。国内外研究的大多为在光纤上写制一个栅区的光纤光栅，这类光纤光栅构成的温度传感系统在实际应用中有反射谱较宽，测量范围小，易受局部温度波动影响的缺点。
光纤光栅是一种微结构光纤，其原理是由于光纤芯区折射率周期变化造成光纤波导条件的改变，导致一定波长的光波发生相应的模式耦合，使得其透射光谱和反射光谱对该波长出现奇异性，所以它可以作为一种波长调制的光纤器件。
法布里-珀罗谐振腔(FP腔)是一种光学谐振腔，一种由两块平行的玻璃板组成的多光束干涉仪，其中两块玻璃板相对的内表面都具有高反射率。但是在光纤上写制FP 腔较为困难。
实用新型内容
针对上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种基于布拉格光纤光栅FP腔的温度传感装置，解决了布拉格光纤光栅反射谱宽，测量范围小的缺点。
本实用新型技术方案如下：一种基于布拉格光纤光栅FP腔的温度传感装置，包括宽带光源、光环行器、传感纤体和光谱分析计算模块，所述宽带光源与光环行器的1号口连接，传感纤体与光环行器的2号口连接，光谱分析计算模块与光环行器的3号口连接，所述光谱分析计算模块用于分析传感纤体反射谱，得到谐振峰波长漂移量并计算对应温度，所述传感纤体包括纤芯和包覆于纤芯的包层，所述纤芯上间隔写制有两个相同的布拉格光纤光栅，所述相同的布拉格光纤光栅之间构成FP腔。
进一步的，所述FP腔的腔长为3～10mm。
优选的，所述传感纤体的两端设有光纤光栅保护套管。
优选的，所述光纤光栅保护套管的直径为1mm。
本实用新型所提供的技术方案的优点在于：结合了布拉格光纤光栅传感温度传感灵敏度高，能在各种恶劣环境下工作的优点，同时，形成法布里-珀罗腔，解决了布拉格光纤光栅反射谱宽，测量范围小的缺点，另外，布拉格光纤光栅FP腔的反射峰高达十数个，在分析数据时采用对多个谐振峰中心波长变化量求平均来得到波长偏移量，在测量精度上可以提高一个数量级。该传感装置的稳定性、精确度更高，简单易行，成本低廉。
附图说明
图1为基于布拉格光纤光栅FP腔的温度传感装置结构示意图。
图2为布拉格光纤光栅FP腔结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为对本实用新型的限定。
请结合图1及图2所示，本实施例所涉及的基于布拉格光纤光栅FP腔的温度传感装置包括宽带光源100、光环行器101、传感纤体102和光谱分析计算模块103。传感纤体102包括纤芯102a和包覆于纤芯102a的包层102b，纤芯102a上间隔写制有两个完全相同的布拉格光纤光栅102c，相同的布拉格光纤光栅102c之间构成FP腔，FP腔的腔长为一个布拉格光纤光栅长度L与两个布拉格光纤光栅的间隔d之和，本实施例腔长为10mm，根据反射谱的不同该腔长可设置为3～10mm。光谱分析计算模块103包括了光谱分析仪以及计算机，用于分析传感纤体102反射谱得到谐振峰波长漂移量并计算对应温度。
具体的，海洋光学HL-2000宽带光源100的光出口处用FC接头的光纤接入光环行器101的1号口，光环行器101的2号口接熔接在FC接头的传感纤体102的尾端，传感纤体102的布拉格光纤光栅102c以及FP腔区置于温控干燥箱104中心，光环行器的 3号口用FC接头的光纤接到YOKOGAWA公司生产的AQ6370型号光谱分析仪，电子温度探头105放置在温控干燥箱104中部，数据采集线接到计算机上。宽带光源100发出的单色光由光纤传输经过光环行器101到达处于温控干燥箱104中的布拉格光纤光栅 FP腔，携带有布拉格光纤光栅FP腔调制信息的反射光经过光环行器101到达光谱分析仪，由光谱分析仪获得布拉格光纤光栅FP腔反射谱数据。
基于布拉格光纤光栅FP腔的温度传感装置的温度测量步骤如下：
步骤一：连接宽带光源100与光环行器101的1号口，光环行器101的2号口接传感纤体102尾端，传感纤体102的布拉格光纤光栅FP腔区置于温控干燥箱104中心，光环行器101的3号口接光谱分析仪，电子温度探头105放入温控干燥箱104，电子温度探头104的位置应处于布拉格光纤光栅FP腔中部同一水平位置，两者距离尽可能小。为了减小外界因素造成应力产生的影响，在传感纤体102的两端设有直径1mm的光纤光栅保护套管102d，光纤光栅保护套管102d和电子温度探头105的数据采集线在温控干燥箱104入口处尽量分开放置，避免传感纤体102受到数据采集线弯曲所施加应力。
步骤二：设置温控干燥箱104的温度，光谱分析仪设置的扫描波长范围涵盖布拉格光纤光栅FP腔的反射波长。通过光谱分析仪扫描获得不同温度下布拉格光纤光栅FP 腔反射谱数据；
步骤三：分析该反射谱中间八个谐振峰反射谱数据，得到不同温度下各谐振峰波长漂移量，求得每次温度变化的平均漂移量；
步骤四：绘制布拉格光纤光栅FP腔温度—谐振波长变化曲线，通过公式
其中ξ为热光系数，为热膨胀系数，λ为布拉格光纤光栅中心波长，求得布拉格光纤光栅FP腔温度灵敏系数KT，从而在温度测量中，只需分析出谐振峰波长漂移量就可得到温度。
温度实验数据入下表所示：
温度 波峰1 波峰2 波峰3 波峰4 波峰5 波峰6 波峰7 波峰8
18.200 1550.376 1551.174 1552.008 1552.835 1553.664 1554.497 1555.320 1556.160
23.600 1550.424 1551.240 1552.065 1552.896 1553.723 1554.552 1555.382 1556.218
26.100 1550.437 1551.270 1552.094 1552.920 1553.746 1554.576 1555.403 1556.232
30.000 1550.472 1551.312 1552.128 1552.959 1553.784 1554.614 1555.440 1556.280
33.300 1550.523 1551.346 1552.166 1552.992 1553.832 1554.648 1555.483 1556.310
37.300 1550.568 1551.377 1552.200 1553.040 1553.876 1554.685 1555.502 1556.328
40.800 1550.592 1551.416 1552.238 1553.077 1553.904 1554.720 1555.539 1556.376
44.600 1550.640 1551.456 1552.272 1553.112 1553.939 1554.760 1555.581 1556.424
48.600 1550.685 1551.500 1552.327 1553.148 1553.975 1554.795 1555.623 1556.450
53.900 1550.734 1551.559 1552.373 1553.207 1554.027 1554.855 1555.675 1556.509
57.900 1550.770 1551.594 1552.424 1553.241 1554.071 1554.895 1555.725 1556.544
61.600 1550.810 1551.640 1552.463 1553.286 1554.116 1554.933 1555.763 1556.586
65.000 1550.836 1551.666 1552.489 1553.312 1554.136 1554.946 1555.782 1556.593
70.000 1550.894 1551.805 1552.535 1553.359 1554.183 1554.994 1555.831 1556.654
75.000 1550.948 1551.759 1552.577 1553.401 1554.225 1555.049 1555.886 1556.697
80.000 1550.999 1551.810 1552.626 1553.450 1554.273 1555.097 1555.939 1556.737
通过计算可得到布拉格光纤光栅FP腔温度和谐振峰波长变化量之间的关系为：
Δλ＝0.00989*ΔT
即本实施例基于布拉格光纤光栅FP腔的温度传感装置的温度灵敏系数为0.00989nm/℃。

Claims (4)

1.一种基于布拉格光纤光栅FP腔的温度传感装置，其特征在于：包括宽带光源、光环行器、传感纤体和光谱分析计算模块，所述宽带光源与光环行器的1号口连接，传感纤体与光环行器的2号口连接，光谱分析计算模块与光环行器的3号口连接，所述光谱分析计算模块用于分析传感纤体反射谱，得到谐振峰波长漂移量并计算对应温度，所述传感纤体包括纤芯和包覆于纤芯的包层，所述纤芯上间隔写制有两个相同的布拉格光纤光栅，所述相同的布拉格光纤光栅之间构成FP腔。
2.根据权利要求1所述的基于布拉格光纤光栅FP腔的温度传感装置，其特征在于：所述FP腔的腔长为3～10mm。
3.根据权利要求1所述的基于布拉格光纤光栅FP腔的温度传感装置，其特征在于：所述传感纤体的两端设有光纤光栅保护套管。
4.根据权利要求3所述的基于布拉格光纤光栅FP腔的温度传感装置，其特征在于：所述光纤光栅保护套管的直径为1mm。
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