CN214702554U - 一种基于啁啾光纤光栅解调的分段测温传感阵列 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于啁啾光纤光栅解调的分段测温传感阵列。包括宽带光源、环形器、长距离单模传输光纤、光纤光栅传感器阵列、耦合器、啁啾光纤光栅、光电探测器、警示灯；当光纤光栅传感器阵列中的某一个位置或多个位置附近的温度变化时，光纤光栅传感器阵列中的光纤光栅所反射的光波长就会发生漂移，不同透出光纤光栅反射波长的啁啾光纤光栅能够有效滤出特定波段的反射光波，滤出的光波通过光电探测器最后与警示灯相连，即可实现分段实时测温预警。本实用新型具有可对温度进行分段测量、无需昂贵的解调装置、装置插入损耗低、易于连接、成本低、可实现低成本的温度实时测量。

Description

一种基于啁啾光纤光栅解调的分段测温传感阵列

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，特别涉及一种基于啁啾光纤光栅解调的分段测温传感阵列。

背景技术

温度是一种可以表征物体冷热程度的物理量，它在许多领域都是需要被监测的重要参数，如环境监测、煤矿开采或变压器温度监测、化工行业、医疗领域、微电子学及光学温度控制等方面，特别对于煤矿开采和化工行业，数量繁多的开关柜和电力电缆接头常因为接触不良或过流造成触头过热，一旦热量聚集过高就会酿成事故，影响人们的生命财产安全。

温度传感器是指能够感受温度并将温度转换成可用输出信号的传感器，目前常用的温度传感器可分为电子传感、红外传感、和光纤传感技术，电子传感技术在环境恶劣的情况下工作不稳定，抗电磁干扰的能力很差，很容易产生错报、漏报等情况，红外传感技术适用于高压开关等方面，但是安装十分复杂，受电磁干扰等问题，且需要人工手持红外测温仪进行检测，耗时耗力，检测成本昂贵，光纤传感技术是伴随着光导纤维和光通信技术发展出来的一种新型传感技术，与其他传统传感器相比，它抗电磁干扰、电绝缘性好、耐腐蚀、灵敏度高、体积小、成本低且安全可靠，在一些复杂的环境下，光纤传感技术监测温度有着其独特的优势。

光波在光纤中传播时，表征光波的相位、频率、振幅等特征参量，会由于温度、压力、磁场等外界因素的作用发生变化，所以可以将光纤作为传感元件，常见的有相位调制型传感器、振幅调制型传感器、偏振调制型传感器等，本实用新型介绍了一种基于光纤光栅型光纤传感器，其光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的滤波器或者反射镜，当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅继续传输。

目前对于光纤光栅的解调一般都是测量其反射波长的漂移量，光谱分析仪是最常用的器件，光谱分析仪测量精度高，测量范围宽，但是它体积大，价格昂贵，不适用于对现场变化进行实时监测，还有一些常用的解调方法，如边缘滤波法、可调谐窄带滤波器扫描法、光纤光栅扫描滤波法、非平衡M-Z干涉仪检测法等，对于现场温度实时监测过程中，这些解调装置都有其相同的弊端即价格昂贵，解调模式复杂。

实用新型内容

本实用新型的目的是：针对上述传统的光纤光栅在现场实时监测过程中，解调装置价格昂贵，解调模式复杂等问题，本实用新型提出了一种结构简单、灵活方便、成本低的一种基于啁啾光纤光栅解调的分段测温传感阵列。

本实用新型为解决技术问题所采取的技术方案为：

一种基于啁啾光纤光栅解调的分段测温传感阵列，其特征在于包括宽带光源、光环形器、长距离单模传输光纤、光纤光栅传感器阵列、耦合器、啁啾光纤光栅、光电探测器和警示灯；

宽带光源的光输出端通过单模传输光纤与环形器的1端口相连，环形器的2端口与长距离单模传输光纤相连，长距离单模传输光纤与光纤光栅传感器阵列相连，环形器的输出端口3端口与1×N的耦合器相连，耦合器的N个输出端口分别连接N个啁啾光纤光栅，在啁啾光纤光栅的栅区中挖一透射窗口，透出的光纤光栅反射波长依次等比例增加，N个啁啾光纤光栅的输出端口与N个光电探测器的输入端口相连，光电探测器的输出端与警示灯相连；所述的光纤光栅传感器阵列中所写入的光纤光栅其中心波长差异不超过0.1nm。所述的啁啾光纤光栅带宽均为△λ，一号啁啾光纤光栅波长通过区间为(λ₁，λ₁+△λ)，二号啁啾光纤光栅波长通过区间为(λ₁+△λ，λ₁+2△λ)，按照此方式类推，N号啁啾光纤光栅波长通过区间为(λ₁+(n-1)△λ，λ₁+n△λ)。

本实用新型的有益效果为：可对温度进行分段测量、无需昂贵的解调装置、装置插入损耗低、易于连接、成本低、可实现低成本的温度实时测量。

附图说明

图1为一种基于啁啾光纤光栅解调的分段测温传感阵列。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

如图1所示，一种基于啁啾光纤光栅解调的分段测温传感阵列。包括宽带光源1、光环形器2、长距离单模传输光纤3、光纤光栅传感器阵列4、耦合器5、啁啾光纤光栅6、光电探测器7、警示灯8。宽带光源1发出的光通过光纤进入光环形器2的1端口，光从环形器2的2端口输出与长距离单模传输光纤3的输入端口相连，长距离单模传输光纤3的输出端与光栅光栅传感器阵列4的光输入端相连，光纤光栅传感器阵列4所反射回来的光通过环形器2的3端口输出与一个1×N的耦合器5的输入端相连，耦合器5的N个输出端口分别连接N个滤波区间不同的啁啾光纤光栅6，N个啁啾光纤光栅6的输出端与N个光电探测器7的输入端相连，N个光电探测器7的输出端最后与N个警示灯8相连。

本实用新型的系统工作方式为：宽带光源1中发出的光通过光纤进入光环形器2的1端口，光从环形器2的2端口输出经过长距离单模传输光纤3输入到光纤光栅传感器阵列4的光输入端口中，光纤光栅传感器阵列4可以将对应波长的输入光反射回环形器2中，并通过环形器2的3端口将反射回来的光输送到耦合器5的输入端口中，该1×N的耦合器5能够将输入信号分束为N束，分束后的每束光通过各自的尾纤与N个啁啾光纤光栅6相连，由啁啾光纤光栅6滤出的输出光入射到光电探测器7的输入端，光电探测器7将该光信号转化为电信号并驱动警示灯8，警示灯8将反应温度预警信息。对于处在光纤光栅传感器阵列4中的某一个位置或者多个位置附近的温度变化时，相应位置的光纤光栅会感受到该处的温度变化，当温度上升时，光纤光栅反射波长会向长波长方向漂移，温度下降时，则会向短波长方向漂移，光纤光栅传感器阵列反射回来的光波通过环形器2的3端口进入到1×N的耦合器5中，1×N的耦合器5将反射光分束成N束光束，分束后的每束光通过各自的通道与N个啁啾光纤光栅6相连，N个啁啾光纤光栅6的带宽相同，且1号啁啾光纤光栅6波长通过区间(λ₁，λ₁+△λ)，2号啁啾光纤光栅6波长通过区间(λ₁+△λ，λ₁+2△λ)，3-N号啁啾光纤光栅6波长通过区间每隔△λ依次等量增加，该装置可有效对温度进行分段预警，温度上升后，不同透出光纤光栅反射波长的啁啾光纤光栅6能够有效滤出特定波段的反射光波，滤出的光波通过光电探测器7最后与警示灯8相连，即可实现分段实时测温预警。

该装置能够实现一种基于啁啾光纤光栅解调的分段测温传感阵列测量的关键技术有：

1、光纤光栅传感器阵列：通过紫外曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化的光纤光栅可以提供强信号反射光，且所有的光纤光栅阵列具有大致相同的中心波长和反射率，同时光纤光栅传感器阵列可以进行多点的温度测量。

2、啁啾光纤光栅：具有一定带宽的不同透出光纤光栅反射波长的啁啾光纤光栅可以有效滤出特定波段的反射光波，啁啾光纤光栅的插入损耗低、易于连接、成本低且1-N号啁啾光纤光栅透出的光纤光栅反射波长依次等量增加，这是该装置分段测温的关键。

本实用新型的一个具体实施例中，宽带光源输出激光波长为1550nm，装置中单模光纤及长距离单模传输光纤，均采用常规单模光纤(G.625)，光纤光栅宽度0.15nm，反射率1％，两光纤光栅间隔5m,光纤光栅传感器阵列上刻录300个光纤光栅，耦合器采用1×8耦合器，8个啁啾光纤光栅中,第一个啁啾光纤光栅中心波长1550nm，2-8号啁啾光纤光栅中心波长从1550.1nm-1550.7nm依次增加且间隔为0.1nm。实验结果表明，在对光纤光栅传感器阵列中的10个位置进行升温处理中，在20℃到30℃温度区间第一个预警灯亮，30℃到40℃温度区间第二个预警灯亮，依次往下，90℃到100℃温度区间第八个预警灯亮，基于啁啾光纤光栅解调的分段测温传感阵列可有效实现10℃间隔的分段测量。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围。

Claims (1)

1.一种基于啁啾光纤光栅解调的分段测温传感阵列，其特征在于包括宽带光源、光环形器、长距离单模传输光纤、光纤光栅传感器阵列、耦合器、啁啾光纤光栅、光电探测器和警示灯；宽带光源的光输出端通过单模传输光纤与环形器的1端口相连，环形器的2端口与长距离单模传输光纤相连，长距离单模传输光纤与光纤光栅传感器阵列相连，环形器的输出端口3端口与1×N的耦合器相连，耦合器的N个输出端口分别连接N个啁啾光纤光栅，在啁啾光纤光栅的栅区中挖一透射窗口，透出的光纤光栅反射波长依次等比例增加，N个啁啾光纤光栅的输出端口与N个光电探测器的输入端口相连，光电探测器的输出端与警示灯相连；所述的光纤光栅传感器阵列中所写入的光纤光栅其中心波长差异不超过0.1nm；所述的啁啾光纤光栅带宽均为△λ，一号啁啾光纤光栅波长通过区间为(λ₁，λ₁+△λ)，二号啁啾光纤光栅波长通过区间为(λ₁+△λ，λ₁+2△λ)，按照此方式类推，N号啁啾光纤光栅波长通过区间为(λ₁+(n-1)△λ，λ₁+n△λ)。

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