專利名稱：一種光纖溫度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型的光纖溫度傳感器。
背景技術(shù)：
光纖溫度傳感器有很廣的應(yīng)用范圍。它采用光纖作光路，使探頭與儀表分離，增加了環(huán)境適應(yīng)能力，它可以在強(qiáng)電磁干擾，高電壓及不能使用弓丨線進(jìn)行電傳輸?shù)葪l件下進(jìn)行測(cè)量。目前，已研制成功的傳感器主要有熒光傳感器、雙折射晶體傳感器以及半導(dǎo)體傳感器。現(xiàn)有的光纖溫度傳感器大都基于光譜分析原理，如參考文獻(xiàn)[l]Fiber Bragg Grating Temperature Sensor with Controllable Sensitivity ；Jaehoon JungiHui Nam,Byoungho Lee，Jae Oh Byun，and Nam Seong Kim ；Applied Optics, Vol. 38, Issuel3，pp.2752-2754 中提到的光纖光極。參考文獻(xiàn)[2]Fabry-Perot Fiber—Optic Temperature Sensor ；Lewis Research Center，Cleveland, Ohio NASA，Tech Briefs ；Friday, January 01 1999 中提到的光纖法布里一珀羅標(biāo)準(zhǔn)具。參考文獻(xiàn)[3]基于光譜檢測(cè)的光纖溫度傳感器；Optical fiber temperature sensor applying spectral analysis detection ;〈〈^f專感器技術(shù)〉〉2001 年第20卷第11期中提到的半導(dǎo)體吸收式傳感器，它們都要求光譜分析，制作工藝復(fù)雜，價(jià)格高昂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有溫度傳感器裝置復(fù)雜，成本高昂的問(wèn)題，提供的一種新型光纖溫度傳感器。該傳感器裝置簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高、制作容易，成本低、，并且適應(yīng)在高電壓和強(qiáng)電場(chǎng)環(huán)境的溫度檢測(cè)。所述的光纖溫度傳感器的原理是基于保偏光纖的雙折射系數(shù)隨溫度變化的特性。 傳感器的關(guān)鍵元件，溫度傳感元件，是一段保偏光纖。傳感器精確測(cè)量這段保偏光纖的雙折射相位差，從而獲得溫度的信息。本發(fā)明提供的一種光纖溫度傳感器，包括光收發(fā)模塊、傳輸光纖和傳感頭；當(dāng)所述的傳輸光纖為保偏光纖時(shí)，所述的傳感頭包括溫度傳感元件和光纖反射鏡，溫度傳感元件為一段保偏光纖，該段保偏光纖的第一端設(shè)置有光纖反射鏡，第二端與傳輸光纖的偏振軸之間呈45度融接連接。所述的光收發(fā)模塊光源、光纖環(huán)路器、偏振分束器和兩個(gè)光電檢測(cè)器，所述的光纖環(huán)路器和偏振分束器均為三端口器件，其中，光纖環(huán)路器的前端兩個(gè)端口通過(guò)單模光纖分別連接光源和第一光電檢測(cè)器，后端的第三端口通過(guò)單模光纖連接偏振分束器前端的第一端口，偏振分束器前端的第二端口通過(guò)單模光纖連接第二光電檢測(cè)器，后端的第三端口連接傳輸光纖。這樣，傳輸光纖中回傳的兩個(gè)線偏振光的強(qiáng)度就是溫度傳感元件中的兩個(gè)線偏振光干涉的結(jié)果。兩個(gè)光電檢測(cè)器的輸出便給出溫度傳感元件的雙折射相位差信息，也就是所要測(cè)的溫度的信息。測(cè)量的溫度范圍可用調(diào)節(jié)這段保偏光纖的長(zhǎng)度的方法來(lái)改變，從而適應(yīng)不同的應(yīng)用。當(dāng)所述的傳輸光纖為單模光纖時(shí)，在傳感頭上安裝一個(gè)起偏器，起偏器一端與傳輸光纖連接，另一端與溫度傳感元件之間通過(guò)保偏光纖連接，該段保偏光纖與溫度傳感元件所采用保偏光纖的偏振軸之間呈45度融接連接。所述的光收發(fā)模塊主要由光纖耦合器和兩個(gè)光電檢測(cè)器組成，所述的光纖耦合器為四端口，其中第一個(gè)端口用于直接接收光源發(fā)射的光，第二個(gè)端口連接傳輸光纖，其余兩個(gè)端口連接兩個(gè)光電檢測(cè)器。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1.本發(fā)明的光纖溫度傳感器的原理和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造。2.本發(fā)明的光纖溫度傳感器的靈敏度可調(diào)，只需改變溫度傳感元件的保偏光纖的長(zhǎng)度，就可以滿足各種不同的溫度范圍的應(yīng)用需求。
3.溫度檢測(cè)的相對(duì)精度可達(dá)0.5%。


圖1為光纖溫度傳感器原理示意圖；圖2為典型的傳感器溫度響應(yīng)曲線；圖3為簡(jiǎn)化的光纖溫度傳感器系統(tǒng)原理示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的光纖溫度傳感器進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明提供兩個(gè)實(shí)施例來(lái)說(shuō)明采用保偏光纖作為溫度傳感元件所形成的溫度傳感器。實(shí)施例1 所述的光纖溫度傳感器包括光收發(fā)模塊1、傳輸光纖2和在遠(yuǎn)處用于感受被測(cè)點(diǎn)溫度的傳感頭3，如圖1所示，所述的的光收發(fā)模塊1用于將光通過(guò)傳輸光纖2傳輸?shù)絺鞲蓄^3，傳感頭3將包含溫度信息的光強(qiáng)信息通過(guò)傳輸光纖2返回光收發(fā)模塊1，進(jìn)而得到被測(cè)點(diǎn)的溫度信息。所述的傳輸光纖2是保偏光纖。所述的傳感頭3包括溫度傳感元件301 和光纖反射鏡302，溫度傳感元件301是一段保偏光纖，溫度傳感元件301的一端設(shè)置光纖反射鏡302，另一端連接傳輸光纖2。所述的光收發(fā)模塊1包括光源101、光纖環(huán)路器102、 偏振分束器103和兩個(gè)光電檢測(cè)器104A、104B,所述的光纖環(huán)路器102和偏振分束器103均為三端口器件，其中，光纖環(huán)路器102的前端的第一端口 A和第二端口 B通過(guò)單模光纖連接光源101和第一光電檢測(cè)器104A，第三端口 C通過(guò)單模光纖連接偏振分束器103前端的第一端口 A，偏振分束器103前端的第二端口 B通過(guò)單模光纖連接第二光電檢測(cè)器104B，第三端口 C連接傳輸光纖2—保偏光纖。所述的溫度傳感元件301所用的保偏光纖的長(zhǎng)度由所測(cè)的溫度范圍決定。一般要求檢測(cè)的溫度范圍越大，需要選擇短的保偏光纖作為溫度傳感元件301 ；要求檢測(cè)的范圍較小時(shí)，則選擇較長(zhǎng)的保偏光纖作為溫度傳感元件301。上述的傳輸光纖2所采用的保偏光纖與溫度傳感元件301所采用的保偏光纖之間融接，融接點(diǎn)處兩段保偏光纖的偏振軸互成45度夾角。本發(fā)明的光纖溫度傳感器中的光的走向?yàn)閰⒁?jiàn)圖1，光源101發(fā)出的光通過(guò)光纖環(huán)路器102后進(jìn)入偏振分束器103。偏振分束器103輸出的光為單一線偏振光，并沿傳輸光纖2的一偏振軸傳播。當(dāng)進(jìn)入溫度傳感元件301時(shí)，該線偏振光被分解為在+/-45度方向的兩線偏振光。它們分別沿溫度傳感元件301的兩偏振軸傳播，然后被光纖反射鏡302反射沿原光路反回。當(dāng)再進(jìn)入傳輸光纖2時(shí)，溫度傳感元件301中的兩線偏振光分別被+/-45° 投影回到傳輸光纖2的兩偏振軸上。在傳輸光纖2的每個(gè)偏振軸上都有溫度傳感元件301 的兩線偏振光分量，它們的相位差分別為2 δ的和2 δ+180°。其中δ為溫度傳感元件301 的單程雙折射相位差。這樣，在傳輸光纖2中每個(gè)偏振軸上的光強(qiáng)就是溫度傳感元件中的兩個(gè)線偏振光的干涉結(jié)果。在回程中，傳輸光纖2中的兩線偏振光分別被偏振分束器103 和光纖環(huán)路器102引導(dǎo)到光電檢測(cè)器104Α和104Β，兩光電檢測(cè)器104Α和104Β分別檢測(cè)到兩線偏振光的光強(qiáng)信息。由于溫度傳感元件301的雙折射相位差是溫度的函數(shù)，所以溫度可通過(guò)兩個(gè)光電檢測(cè)器的讀數(shù)D1和D2，用下面公式確定
權(quán)利要求
1.一種光纖溫度傳感器，其特征在于包括光收發(fā)模塊、傳輸光纖和傳感頭；所述的傳輸光纖用于光收發(fā)模塊與傳感頭之間的光傳輸；所述的傳感頭包括溫度傳感元件、光纖反射鏡和起偏器，溫度傳感元件為第一段保偏光纖，傳輸光纖為單模光纖；起偏器一端與傳輸光纖連接，另一端與溫度傳感元件之間通過(guò)第二段保偏光纖連接，第二段保偏光纖與第一段保偏光纖的偏振軸之間呈45度融接連接，第一端保偏光纖的另一端設(shè)置有光纖反射鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖溫度傳感器，其特征在于所述的光收發(fā)模塊主要由光纖耦合器和兩個(gè)光電檢測(cè)器組成，所述的光纖耦合器為四端口，其中第一個(gè)端口用于直接接收光源發(fā)射的光，第二個(gè)端口連接傳輸光纖，其余兩個(gè)端口連接兩個(gè)光電檢測(cè)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖溫度傳感器，其特征在于所述的光電檢測(cè)器中，一個(gè)光電檢測(cè)器用于檢測(cè)單模光纖返回的偏振態(tài)光強(qiáng)D3,另一個(gè)光電檢測(cè)器用于檢測(cè)光源所發(fā)出光的強(qiáng)度D4,并同時(shí)監(jiān)視光功率的變化，然后根據(jù)公式計(jì)算得到所需檢測(cè)的溫度T，式中D3和D4分別兩個(gè)光電檢測(cè)器的讀數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種光纖溫度傳感器，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，所述的光纖溫度傳感器包包括光收發(fā)模塊、傳輸光纖和傳感頭；所述的傳輸光纖用于光收發(fā)模塊與傳感頭之間的光傳輸；所述的傳感頭包括溫度傳感元件、光纖反射鏡和起偏器，溫度傳感元件為第一段保偏光纖，傳輸光纖為單模光纖；起偏器一端與傳輸光纖連接，另一端與溫度傳感元件之間通過(guò)第二段保偏光纖連接，第二段保偏光纖與第一段保偏光纖的偏振軸之間呈45度融接連接，第一端保偏光纖的另一端設(shè)置有光纖反射鏡。本發(fā)明的光纖溫度傳感器的原理和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，易于制造；靈敏度可調(diào)，可以滿足各種不同的溫度范圍的應(yīng)用需求。
文檔編號(hào)G01K11/32GK102288325SQ201110119600
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2009年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月1日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:北京齊瑞得電力技術(shù)有限公司, 淄博齊瑞得光電技術(shù)有限公司