CN207231664U - 基于迈克尔逊干涉的光纤温度传感实验演示装置 - Google Patents
基于迈克尔逊干涉的光纤温度传感实验演示装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供了一种基于迈克尔逊干涉的光纤温度传感实验演示装置，涉及光纤温度传感类教学仪器技术领域，具体涉及一种基于迈克尔逊干涉的光纤温度传感实验演示装置。本实用新型是为了解决传统大学物理实验课程中迈克尔逊干涉实验内容单一且比较枯燥，不利于学生理解迈克尔逊干涉的实际应用的问题。本实用新型包括透明外壳、加热器、光纤耦合器、光隔离器、一号光纤跳线、二号光纤跳线、一号单模光纤、二号单模光纤。通过对迈克尔逊干涉的光纤温度传感器集成于一透明外壳内，实现高集成度。降低了教学实验装置的制作成本，提高了实验室原有实验设备的利用效率，同时加深学生对迈克尔逊干涉实用化相关内容的了解和掌握。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤温度传感类教学仪器技术领域，具体涉及一种基于迈克尔逊干涉的光纤温度传感实验演示装置。
背景技术
迈克尔逊干涉仪是美国物理学家迈克尔逊为研究“以太”而研制的一种精密仪器，迈克尔逊干涉仪将一束光分成相干的两束光，并根据实际要求改变两臂之间的光程差来实现波长测量与微小长度的精密测量。当对迈克尔逊干涉仪实现光纤化，并对迈克尔逊干涉仪中的一臂波实行与外界环境关联的调制，则可将迈克尔逊干涉仪制作成光纤传感器。
大学物理实验课程中，关于迈克尔逊干涉的实验，学生通过对相关仪器的调节，了解迈克尔逊干涉的原理、学习迈克尔逊的干涉条件并观察实验现象，但该实验内容相对单一且比较枯燥，不利于学生对传感器原理的深入理解同时无法掌握迈克尔逊干涉的实际应用。因此，有必要加入迈克尔逊干涉实际应用的实验课程。
光纤传感二十世纪七十年代末的一项新兴技术，目前已成为光纤光学领域的研究热点。它有着体积小、重量轻、抗电磁干扰、灵敏度高、传感距离远等优点。光纤温度传感原理相对简单，更容易实现相关实验光路的搭建。将迈克尔逊干涉仪和光纤温度传感结合，对学生掌握迈克尔逊干涉的实际应用有着更直观的意义。
发明内容
本实用新型的实施实例提供了一种基于迈克尔逊干涉的光纤温度传感实验演示装置，是为了解决传统大学物理实验课程中迈克尔逊干涉实验内容单一且比较枯燥，不利于学生理解迈克尔逊干涉的实际应用的问题。
为达上述目的，本实用新型实施实例采用如下技术方案：
提供了一种基于迈克尔逊干涉的光纤温度传感实验演示装置，该光纤温度传感教学实验装置包括透明外壳（1）、加热器（2）、光纤耦合器（3）、光隔离器（4）、一号光纤跳线（5）、二号光纤跳线（6）、一号单模光纤（7）、二号单模光纤（8）；
透明外壳（1），所述的透明外壳（1）为立方体结构，其内包含有一号挡板（1-1）、二号挡板（1-2）、注/排水孔（1-3）、一号光纤法兰接口（1-4）、二号光纤法兰接口（1-5），且一号光纤法兰接口（1-4）和二号光纤法兰接口（1-5）位于透明外壳（1）的同一侧面，一号挡板（1-1）和二号挡板（1-2）垂直放置于透明外壳（1）内，注/排水孔（1-3）位于二号单模光纤（8）上侧的透明外壳（1）上；
加热器（2），所述的加热器（2）包含温度传感器（2-1）和加热棒（2-2），温度传感器（2-1）与二号单模光纤（8）相距1mm且二者平行摆放；
光纤耦合器（3）一侧分别连接一号光纤跳线（5）和二号光纤跳线（6），另一侧分别连接一号单模光纤（7）和二号单模光纤（8），一号光纤跳线（5）和二号光纤跳线（6）的另一侧分别连接一号光纤法兰接口（1-4）和二号光纤法兰接口（1-5）。
所述的透明外壳（1）为亚克力材质，且透明外壳（1）分别与一号挡板（1-1）、二号挡板（1-2）、注/排水孔（1-3）、一号光纤法兰接口（1-4）、二号光纤法兰接口（1-5）的连接处及一号单模光纤（7）和二号单模光纤（8）与一号挡板（1-1）的连接处均涂有防水玻璃胶。
所述的加热器（2）带有温度显示屏，且加热器（2）所带的加热棒（2-2）能对透明外壳（1）内注水部分进行均匀加热。
所述的光纤耦合器（3）为四端口耦合器，在其两侧分别带有两端口，且每侧端口的耦合比均为50:50。
所述的光隔离器（4）与一号光纤跳线（5）相连，可使光信号仅单向由一号光纤法兰接口（1-4）传入并通过一号光纤跳线（5），无法使光从一号光纤法兰接口（1-4）反向传出。
所述的一号光纤跳线（5）和二号光纤跳线（6）长度相等。
所述的二号单模光纤（8）比一号单模光纤（7）长1.5mm，且一号单模光纤（7）端末与二号单模光纤（8）端末均镀有光反射膜，且二号单模光纤（8）为去掉涂覆层的裸光纤。
所述的二号挡板（1-2）上涂有绝热材料。
所述的处于透明外壳（1）内部的所有光路器件均通过胶合的方法固定于透明外壳（1）的底板上。
本实用新型的有益效果是：本实用新型对大学物理实验中的迈克尔逊干涉实验实用化：将迈克尔逊干涉仪与光纤传感相结合，制作了高集成度的迈克尔逊干涉光纤温度传感实验演示装置。通过一个透明外壳承装和固定迈克尔逊干涉所需的实验仪器，集成度高。该实验演示验装置可通过两个法兰端口与实验室中的光源和光谱仪相连，大大降低了实验设备的投入成本同时提高了实验室原有设备的利用效率。该教学实验设备外壳采用透明材料制作，可使实验学生直观清晰地看到内部光路，便于学生对迈克尔逊干涉进行系统学习，加深对其相关实用化内容的了解和掌握。透明外壳上设有注/排水孔，在实验结束后可将装置中的水排出，可有效防止水中杂质长时间对实验仪产生的腐蚀。加热器带有温度显示屏，可实时得到温度与光谱变化的对应关系。该教学实验设备具有集成度高、操作简单、直观清晰、制作成本低廉等优点。
附图说明
图1为基于迈克尔逊干涉的光纤温度传感实验演示装置结构。
具体实施方式
下面结合说明书附图进一步说明本实用新型的具体实施方式。
如图1，本实施方式所述的基于迈克尔逊干涉的光纤温度传感实验演示装置，它包括透明外壳（1）、加热器（2）、光纤耦合器（3）、光隔离器（4）、一号光纤跳线（5）、二号光纤跳线（6）、一号单模光纤（7）、二号单模光纤（8）；
透明外壳（1），所述的透明外壳（1）为立方体结构，其内包含有一号挡板（1-1）、二号挡板（1-2）、注/排水孔（1-3）、一号光纤法兰接口（1-4）、二号光纤法兰接口（1-5），且一号光纤法兰接口（1-4）和二号光纤法兰接口（1-5）位于透明外壳（1）的同一侧面，一号挡板（1-1）和二号挡板（1-2）垂直放置于透明外壳（1）内，注/排水孔（1-3）位于二号单模光纤（8）上侧的透明外壳（1）上；
加热器（2），所述的加热器（2）包含温度传感器（2-1）和加热棒（2-2），温度传感器（2-1）与二号单模光纤（8）相距1mm且二者平行摆放；
光纤耦合器（3）一侧分别连接一号光纤跳线（5）和二号光纤跳线（6），另一侧分别连接一号单模光纤（7）和二号单模光纤（8），一号光纤跳线（5）和二号光纤跳线（6）的另一侧分别连接一号光纤法兰接口（1-4）和二号光纤法兰接口（1-5）。
所述的透明外壳（1）为亚克力材质，且透明外壳（1）分别与一号挡板（1-1）、二号挡板（1-2）、注/排水孔（1-3）、一号光纤法兰接口（1-4）、二号光纤法兰接口（1-5）的连接处及一号单模光纤（7）和二号单模光纤（8）与一号挡板（1-1）的连接处均涂有防水玻璃胶。
所述的加热器（2）带有温度显示屏，且加热器（2）所带的加热棒（2-2）能对透明外壳（1）内注水部分进行均匀加热。
所述的光纤耦合器（3）为四端口耦合器，在其两侧分别带有两端口，且每侧端口的耦合比均为50:50。
所述的光隔离器（4）与一号光纤跳线（5）相连，可使光信号仅单向由一号光纤法兰接口（1-4）传入并通过一号光纤跳线（5），无法使光从一号光纤法兰接口（1-4）反向传出。
所述的一号光纤跳线（5）和二号光纤跳线（6）长度相等。
所述的二号单模光纤（8）比一号单模光纤（7）长1.5mm，且一号单模光纤（7）端末与二号单模光纤（8）端末均镀有光反射膜，且二号单模光纤（8）为去掉涂覆层的裸光纤。
所述的二号挡板（1-2）上涂有绝热材料。
所述的处于透明外壳（1）内部的所有光路器件均固定于透明外壳（1）的底板上。
在使用时，先通过注/排水孔将水注入装置内，将宽带光源通过一光纤跳线与一号光纤法拉接口连接，光谱仪通过一光纤跳线与二号光纤法拉接口连接。打开宽带光源开关和光谱仪开关。待宽带光源的光信号输出稳定后打开加热器，此时加热棒对传感装置中的水进行加热，温度传感器将探测到的水温呈现在加热器的显示屏上。通过记录光谱仪上不同温度的光谱可得到温度变化与光谱漂移的关系。
工作原理：
双干涉结构的光纤温度传感教学实验装置：
工作过程：先通过注/排水孔将水注入装置内，将宽带光源通过一光纤跳线与一号光纤法拉接口连接，光谱仪通过一光纤跳线与二号光纤法拉接口连接。打开宽带光源开关和光谱仪开关。光信号经一号光纤法兰接口进入该演示装置。光信号在演示装置内先经过一号光纤跳线到达光纤耦合器，经光纤耦合器后光被分成两束，其中一束到达一号单模光纤作为迈克尔逊干涉的参考光束。另一束光到达二号单模光纤，作为迈克尔逊干涉的传感光束。当温度变化时，二号单模光纤发生形变，导致其内传输光的光程发生改变。两束光分别反射回光纤耦合器并在光纤耦合器内产生干涉。干涉光束经二号光纤跳线到达二号光纤法兰的接口，该光信号被光谱仪接受并在光谱仪上显示相应的干涉光谱。当温度发生变化时，其干涉光谱发生漂移，通过对光谱仪数据的采集分析，可得温度变化和光谱漂移的对应关系，实现温度的传感。
Claims (9)
1.基于迈克尔逊干涉的光纤温度传感实验演示装置，其特征在于：它包括透明外壳（1）、加热器（2）、光纤耦合器（3）、光隔离器（4）、一号光纤跳线（5）、二号光纤跳线（6）、一号单模光纤（7）、二号单模光纤（8）；
透明外壳（1），所述的透明外壳（1）为立方体结构，其内包含有一号挡板（1-1）、二号挡板（1-2）、注/排水孔（1-3）、一号光纤法兰接口（1-4）、二号光纤法兰接口（1-5），且一号光纤法兰接口（1-4）和二号光纤法兰接口（1-5）位于透明外壳（1）的同一侧面，一号挡板（1-1）和二号挡板（1-2）垂直放置于透明外壳（1）内，注/排水孔（1-3）位于二号单模光纤（8）上侧的透明外壳（1）上；
加热器（2），所述的加热器（2）包含温度传感器（2-1）和加热棒（2-2），温度传感器（2-1）与二号单模光纤（8）相距1mm且二者平行摆放；
光纤耦合器（3）一侧分别连接一号光纤跳线（5）和二号光纤跳线（6），另一侧分别连接一号单模光纤（7）和二号单模光纤（8），一号光纤跳线（5）和二号光纤跳线（6）的另一侧分别连接一号光纤法兰接口（1-4）和二号光纤法兰接口（1-5）。
2.根据权利要求1所述的基于迈克尔逊干涉的光纤温度传感实验演示装置，其特征在于：所述的透明外壳（1）为亚克力材质，且透明外壳（1）分别与一号挡板（1-1）、二号挡板（1-2）、注/排水孔（1-3）、一号光纤法兰接口（1-4）、二号光纤法兰接口（1-5）的连接处及一号单模光纤（7）和二号单模光纤（8）与一号挡板（1-1）的连接处均涂有防水玻璃胶。
3.根据权利要求1所述的基于迈克尔逊干涉的光纤温度传感实验演示装置，其特征在于：所述的加热器（2）带有温度显示屏，且加热器（2）所带的加热棒（2-2）能对透明外壳（1）内注水部分进行均匀加热。
4.根据权利要求1所述的基于迈克尔逊干涉的光纤温度传感实验演示装置，其特征在于：所述的光纤耦合器（3）为四端口耦合器，在其两侧分别带有两端口，且每侧端口的耦合比均为50:50。
5.根据权利要求1所述的基于迈克尔逊干涉的光纤温度传感实验演示装置，其特征在于：所述的光隔离器（4）与一号光纤跳线（5）相连，可使光信号仅单向由一号光纤法兰接口（1-4）传入并通过一号光纤跳线（5），无法使光从一号光纤法兰接口（1-4）反向传出。
6.根据权利要求1所述的基于迈克尔逊干涉的光纤温度传感实验演示装置，其特征在于：所述的一号光纤跳线（5）和二号光纤跳线（6）长度相等。
7.根据权利要求1所述的基于迈克尔逊干涉的光纤温度传感实验演示装置，其特征在于：所述的二号单模光纤（8）比一号单模光纤（7）长1.5mm，且一号单模光纤（7）端末与二号单模光纤（8）端末均镀有光反射膜，且二号单模光纤（8）为去掉涂覆层的裸光纤。
8.根据权利要求1所述的基于迈克尔逊干涉的光纤温度传感实验演示装置，其特征在于：所述的二号挡板（1-2）上涂有绝热材料。
9.根据权利要求1所述的基于迈克尔逊干涉的光纤温度传感实验演示装置，其特征在于：所述的透明外壳（1）内的所有光路器件均通过胶合方法固定于透明外壳（1）的底板上。
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