專(zhuān)利名稱(chēng)：基于雙芯光纖的溫度傳感方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及了一種基于雙芯光纖的檢測(cè)溫度信號(hào)的方法，以及實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。
背景技術(shù)：
光纖技術(shù)在光通信領(lǐng)域已經(jīng)獲得了巨大的成功，同樣，基于光纖的傳感技術(shù)目前正在蓬勃發(fā)展。光纖不僅可以作為光波的傳輸媒質(zhì)，也可以做為傳感介質(zhì)。當(dāng)光波在光纖中傳輸時(shí)，其特征參量振幅、相位、偏振態(tài)、波長(zhǎng)等會(huì)因外界因素如溫度、壓力、應(yīng)變、磁場(chǎng)、 電場(chǎng)、位移等值接或間接地發(fā)生變化，因此可將光纖用作傳感元件探測(cè)物理量。光纖傳感技術(shù)就是利用光纖對(duì)某些物理量敏感的特性，將外界物理量轉(zhuǎn)換成可以直接測(cè)量的信號(hào)的技術(shù)。光纖傳感技術(shù)是光學(xué)領(lǐng)域最為重要的傳感技術(shù)之一，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于生物、醫(yī)學(xué)、航天、航空、機(jī)械、石化、建筑、高鐵、橋梁、國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域。目前實(shí)現(xiàn)溫度傳感的最成熟的光纖傳感技術(shù)是基于光纖布拉格光柵的溫度傳感技術(shù)，主要利用光纖布拉格光柵反射波長(zhǎng)和溫度成線(xiàn)性光纖的特征。然而，基于光纖布拉格光柵的溫度傳感技術(shù)僅能適用于溫度小于400度左右的溫度傳感，而且存在解調(diào)成本較高等缺點(diǎn)。因此，發(fā)明一種基于光纖、價(jià)格低廉、測(cè)量范圍大的溫度傳感方法及裝置具有重要
眉、ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于雙芯光纖的檢測(cè)溫度信號(hào)的方法，同時(shí)提供了實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。本發(fā)明的方法包括以下步驟
步驟(1)選擇一個(gè)輸出波長(zhǎng)覆蓋1525nm至1560nm寬帶光源、兩段工作在1550nm波段的單模光纖、一段雙芯光纖和一個(gè)工作波長(zhǎng)覆蓋1525nm至1560nm的光譜分析儀；
步驟( 將寬帶光源的輸出端口和一段單模光纖的輸入端口光纖連接；將該段單模光纖的輸出端口和雙芯光纖的輸入端口以光纖熔接方式連接，該段單模光纖的纖芯和雙芯光纖的一個(gè)纖芯對(duì)接；將雙芯光纖的輸出端口和另一段單模光纖的輸入端口以光纖熔接方式連接，雙芯光纖的另一個(gè)纖芯和這一段單模光纖的纖芯對(duì)接；將單模光纖的輸出端口和光譜分析儀的輸入端口光纖連接；
步驟(3)將雙芯光纖置入需要測(cè)量溫度的環(huán)境中。雙芯光纖橫截面中有兩個(gè)中心距為H (10 30微米)的纖芯，雙芯光纖的外徑和單模光纖的外徑一樣，雙芯光纖兩個(gè)纖芯的尺寸、摻雜濃度和單模光纖纖芯一樣。雙芯光纖有奇模和偶模兩個(gè)模式，它們的有效折
射率差tm(J,X)是外加在雙芯光纖上的溫度Γ和工作波長(zhǎng);I的函數(shù)。根據(jù)耦合模理論，當(dāng)寬帶光注入長(zhǎng)度為L(zhǎng)·的雙芯光纖的一個(gè)纖芯的時(shí)候，從另外一個(gè)纖芯出來(lái)的透射光譜為 W(Τ, 1) = sin2[Δ (Γ, 1)χ^rχ ￡/1]當(dāng)雙芯光纖溫度發(fā)生改變的時(shí)候，透射光譜對(duì)應(yīng)有一個(gè)波長(zhǎng)漂移，其溫度了和波長(zhǎng)漂移ΔΑ滿(mǎn)足以下關(guān)系T= ΓχΜ其中f為常數(shù)，可以利用
透射光譜計(jì)算出來(lái)。因此，可以通過(guò)測(cè)量透射光譜的波長(zhǎng)漂移來(lái)確定施加在雙芯光纖上的溫度。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的裝置包括一個(gè)寬帶光源、兩段單模光纖、一段雙芯光纖和一個(gè)光譜分析儀。寬帶光源的輸出端口和一段單模光纖的輸入端口光纖連接；該段單模光纖的輸出端口和雙芯光纖的輸入端口以光纖熔接方式連接，該段單模光纖的纖芯和雙芯光纖的一個(gè)纖芯對(duì)接；雙芯光纖的輸出端口和另一段單模光纖的輸入端口以光纖熔接方式連接， 雙芯光纖的另一個(gè)纖芯和這一段單模光纖的纖芯對(duì)接；單模光纖的輸出端口和光譜分析儀的輸入端口光纖連接。本發(fā)明主要適用于測(cè)量溫度，利用了雙芯光纖輸出光譜隨溫度變化的特性，通過(guò)輸出光譜的波長(zhǎng)漂移來(lái)確定溫度數(shù)值大小，實(shí)現(xiàn)了溫度傳感。由于采用光纖作為傳感介質(zhì)， 不需要類(lèi)似于光纖布拉格光柵保持折射率調(diào)制，因此可以實(shí)現(xiàn)高溫傳感。本發(fā)明具有不受電磁干擾、可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳感、價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)緊湊、大測(cè)量范圍等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為雙芯光纖的橫截面示意圖3為為利用本發(fā)明裝置測(cè)量所得的結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1和圖2所示，基于雙芯光纖實(shí)現(xiàn)液壓傳感的裝置包括一個(gè)寬帶光源1、一段單模光纖2、一段雙芯光纖3、另一段單模光纖4和一個(gè)光譜分析儀5。將寬帶光源1的輸出端口和單模光纖2的輸入端口光纖連接；將單模光纖2的輸出端口和雙芯光纖3的輸入端口以光纖熔接方式連接，單模光纖2的纖芯和雙芯光纖3的一個(gè)纖芯對(duì)接；將雙芯光纖3的輸出端口和另一段單模光纖4的輸入端口以光纖熔接方式連接，雙芯光纖3的另一個(gè)纖芯和單模光纖4的纖芯對(duì)接；將單模光纖4的輸出端口和光譜分析儀5的輸入端口光纖連接。雙芯光纖3的橫截面6中在直徑方向上有兩個(gè)距離為H (10 30微米)的纖芯，其尺寸大小和折射率與單模光纖纖芯一致。利用該檢測(cè)裝置的溫度傳感方法包括以下步驟
(1)選擇一個(gè)輸出波長(zhǎng)覆蓋1525nm至1560nm寬帶光源1、一段工作在1550nm波段的單模光纖2、一段工作在1550nm波段的雙芯光纖3、一段工作在1550nm波段的單模光纖4 和一個(gè)工作波長(zhǎng)覆蓋1525nm至1560nm的光譜分析儀5。(2)將寬帶光源1的輸出端口和單模光纖2的輸入端口光纖連接；將單模光纖2 的輸出端口和雙芯光纖3的輸入端口以光纖熔接方式連接，單模光纖2的纖芯和雙芯光纖 3的一個(gè)纖芯對(duì)接；將雙芯光纖3的輸出端口和另一段單模光纖4的輸入端口以光纖熔接方式連接，雙芯光纖3的另一個(gè)纖芯和單模光纖4的纖芯對(duì)接；將單模光纖4的輸出端口和光譜分析儀5的輸入端口光纖連接。(3)將雙芯光纖3置入需要測(cè)量溫度的環(huán)境中。開(kāi)啟寬帶光源1，從雙芯光纖輸出的透射光譜為 Τ(Γ，1)=3 η2[Δη(Γ，2)χττχΖ/Α]從該輸出透射光譜光譜可以確定溫度
改變量T和波長(zhǎng)漂移Δ1的關(guān)系Γ = HM通過(guò)測(cè)量波長(zhǎng)漂移AA即可檢測(cè)溫度的大小。 具體測(cè)量結(jié)果如圖3所示。 本發(fā)明利用了近年來(lái)剛剛被發(fā)展起來(lái)的特種光纖技術(shù)，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的雙芯光纖，利用其模式耦合對(duì)溫度敏感的特性，提出了光纖液壓傳感的新技術(shù)方案。本發(fā)明采用光纖作為傳感介質(zhì)，具有不受電磁干擾、可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳感、價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)緊湊、大測(cè)量范圍等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.基于雙芯光纖的溫度傳感方法，其特征在于該方法包括如下步驟步驟(1)選擇一個(gè)輸出波長(zhǎng)覆蓋1525nm至1560nm寬帶光源、兩段工作在1550nm波段的單模光纖、一段雙芯光纖和一個(gè)工作波長(zhǎng)覆蓋1525nm至1560nm的光譜分析儀；步驟( 將寬帶光源的輸出端口和一段單模光纖的輸入端口光纖連接；將該段單模光纖的輸出端口和雙芯光纖的輸入端口以光纖熔接方式連接，該段單模光纖的纖芯和雙芯光纖的一個(gè)纖芯對(duì)接；將雙芯光纖的輸出端口和另一段單模光纖的輸入端口以光纖熔接方式連接，雙芯光纖的另一個(gè)纖芯和這一段單模光纖的纖芯對(duì)接；將單模光纖的輸出端口和光譜分析儀的輸入端口光纖連接；步驟(3)將雙芯光纖置入需要測(cè)量溫度的環(huán)境中；雙芯光纖有奇模和偶模兩個(gè)模式，它們的有效折射率差Δη(Τ,λ)是外加在雙芯光纖上的溫度J1和工作波長(zhǎng);I的函數(shù)，根據(jù)耦合模理論，當(dāng)寬帶光注入長(zhǎng)度為L(zhǎng)的雙芯光纖的一個(gè)纖芯的時(shí)候，從另外一個(gè)纖芯出來(lái)的透射光譜為W (Τ, 1) = sin2 [ M(T, l)x rx￡7 ]當(dāng)雙芯光纖溫度發(fā)生改變的時(shí)候，透射光譜對(duì)應(yīng)有一個(gè)波長(zhǎng)漂移，其溫度T和波長(zhǎng)漂移ΔΑ滿(mǎn)足以下關(guān)系T= KxM其中^為常數(shù)，可以利用透射光譜計(jì)算出來(lái)，因此，可以通過(guò)測(cè)量透射光譜的波長(zhǎng)漂移來(lái)確定施加在雙芯光纖上的溫度。
2.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的裝置，包括一個(gè)寬帶光源、兩段單模光纖、一段雙芯光纖和一個(gè)光譜分析儀，其特征在于寬帶光源的輸出端口和一段單模光纖的輸入端口光纖連接；該段單模光纖的輸出端口和雙芯光纖的輸入端口以光纖熔接方式連接，該段單模光纖的纖芯和雙芯光纖的一個(gè)纖芯對(duì)接；雙芯光纖的輸出端口和另一段單模光纖的輸入端口以光纖熔接方式連接，雙芯光纖的另一個(gè)纖芯和這一段單模光纖的纖芯對(duì)接；單模光纖的輸出端口和光譜分析儀的輸入端口光纖連接；所述的雙芯光纖橫截面中有兩個(gè)中心距為10 30微米的纖芯，雙芯光纖的外徑和單模光纖的外徑一樣，雙芯光纖兩個(gè)纖芯的尺寸、摻雜濃度和單模光纖纖芯一樣。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了基于雙芯光纖的溫度傳感方法及裝置。目前光纖傳感技術(shù)測(cè)溫量程小，而且存在解調(diào)成本較高等缺點(diǎn)。本發(fā)明中的寬帶光源的輸出端口和一段單模光纖的輸入端口光纖連接；該段單模光纖的輸出端口和雙芯光纖的輸入端口連接；雙芯光纖的輸出端口和另一段單模光纖的輸入端口連接；單模光纖的輸出端口和光譜分析儀的輸入端口光纖連接。本發(fā)明方法是將雙芯光纖置于測(cè)量環(huán)境中，通過(guò)光譜分析儀測(cè)量透射光譜的波長(zhǎng)漂移來(lái)確定施加在雙芯光纖上的溫度。本發(fā)明具有不受電磁干擾、可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳感、價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)緊湊、大測(cè)量范圍等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01K11/32GK102261965SQ20111010858
公開(kāi)日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者吳根柱, 彭保進(jìn), 胡顧峰, 陳達(dá)如 申請(qǐng)人:浙江師范大學(xué)