本發(fā)明屬于光纖傳感技術領域，更具體地，涉及一種光纖溫度傳感。

技術背景

光纖傳感技術的發(fā)展始于20世紀70年代，是光電技術發(fā)展最活躍的分支之一。由于光纖具有靈敏度高、抗電磁干擾、體積小、易成陣列等諸多特點。因此，光纖傳感技術一問世就受到極大重視，幾乎在各個領域得到研究與應用，成為傳感技術的先導，推動著傳感技術蓬勃發(fā)展。

相比傳統(tǒng)傳感器，利用光纖進行傳感有許多優(yōu)點：光纖體積小、重量輕，便于埋進待測結構中；絕緣性好，安全性高，適用于易燃易爆環(huán)境；不受電磁干擾，適用于強電場磁場環(huán)境；耐腐蝕，可在各種惡劣環(huán)境中使用；損耗小、容量大，便于長距離測量及組網(wǎng)；靈敏度高，可用于微弱振動的測量。

目前基于光纖的溫度傳感器可分為光纖光柵型、sagnac干涉結構型、新型光纖微結構型以及拉曼/布里淵型。但這幾種常見的光纖溫度傳感器存在各自的缺陷，其中，光纖光柵型溫度傳感器通過檢測光纖光柵的中心波長來解調溫度的變化，但傳統(tǒng)的光譜解調成本較為昂貴，并且光譜解調的分辨率受到一定的限制，無法實現(xiàn)高精度的溫度探測，并且光柵易受到其他外界環(huán)境的影響而造成測得的光纖光柵中心波長漂移量不夠準確。sagnac干涉結構型與新型光纖微結構性光纖溫度傳感器雖能達到精度、高靈敏性的溫度探測，但從兩者的光學結構可看出當它們探測溫度變化時需要嚴格排除外界其他干擾，這是由于基于光域的傳感結構較為敏感，當光路稍作改變時探測到的信號光就會發(fā)生改變。拉曼與布里淵型光纖溫度傳感器的原理是基于光纖的非線性效應，但拉曼效應與布里淵效應的強度太弱，因此需要在傳感系統(tǒng)中增強探測信號的強度，這在一方面就增加了傳感系統(tǒng)的成本。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種光纖溫度傳感裝置，旨在解決現(xiàn)有技術由于光纖傳感器結構原因導致光纖傳感器無法兼顧高靈敏度、抗干擾以及解調方法簡單的技術問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種光纖溫度傳感裝置，包括：

光電調制單元，其輸入端接收激光信號，用于根據(jù)控制端反饋電信號對激光信號進行調制處理，輸出調制光信號；

分束單元，其輸入端與光電調制單元的輸出端連接，用于對調制光信號進行分束處理輸出第一調制光信號和第二調制光信號；

第一支路，其輸入端與分束單元的第一輸出端連接，用于傳輸?shù)谝徽{制光信號，將經(jīng)過傳輸后的第一調制光信號進行光電轉化獲得第一微波信號，并對第一微波信號進行放大處理輸出放大后的第一微波信號；

第二支路，其設有傳感單元，其輸入端與分束單元的第二輸出端連接，用于傳輸?shù)诙{制光信號，將經(jīng)過傳輸后的第二調制光信號進行光電轉化獲得第二微波信號，并對第二微波信號進行放大處理輸出放大后的第二微波信號；

合束單元，其第一輸入端與第一支路的輸出端連接，其第二輸入端與第二支路的輸出端連接，其輸出端與光電調制單元的控制端連接，用于對第一微波信號和第二微波信號進行疊加處理輸出諧振波，并將諧振波作為反饋電信號傳輸至光電調制單元的控制端；

當?shù)诙返膫鞲袉卧虞d有溫度信號后，第二微波信號的振蕩峰變化，進而使得諧振波的振蕩峰頻率變化，實現(xiàn)諧振波的振蕩峰頻率變化與溫度信號變化相關。

本發(fā)明提供的光纖溫度傳感裝置，利用的是光纖在外界溫度改變時，其折射率系數(shù)會隨溫度產(chǎn)生線性變化，當光纖折射率發(fā)生改變時光纖的有效長度也會發(fā)生改變，當?shù)诙飞系牡诙饫w中傳感區(qū)域中受到溫度信號，使得第二光纖的有效長度變化，使得第二振蕩回路中第二微波信號的振蕩峰發(fā)生漂移，通過第一微波信號與第二微波信號進行疊加處理后獲得諧振波的振蕩峰會發(fā)生漂移，通過獲得固定頻率下諧振波的強度變化可以實現(xiàn)對溫度信號解調。

進一步地，第一微波信號經(jīng)過放大處理后與放大后的第二微波信號疊加后作為光電調制單元控制端的信號，光電調制單元根據(jù)控制端的信號對激光信號進行調制處理，對調制光信號進行分束處理后將第一調制光信號轉化為第一微波信號，經(jīng)過多次環(huán)路反饋后，使第一微波信號為振蕩信號；

第二微波信號經(jīng)過放大處理后與放大后的第一微波信號疊加后作為光電調制單元控制端的信號，光電調制單元根據(jù)控制端的信號對激光信號進行調制處理，對調制光信號進行分束處理后將第二調制光信號轉化為第二微波信號，經(jīng)過多次環(huán)路反饋后，使第二微波信號為振蕩信號。

進一步地，第一支路包括：

第一光纖，其輸入端作為所述第一支路的輸入端，用于傳輸?shù)谝徽{制光信號；

第一光電轉化單元，其輸入端與第一光纖的輸出端連接，用于將第一調制光信號進行光電轉化并輸出第一微波信號；

第一微波放大單元，其輸入端與第一光電傳轉化單元的輸出端連接，第一微波放大單元的輸出端作為第一支路的輸出端，用于將第一微波信號進行放大處理并輸出放大后的第一微波信號。

進一步地，第二支路包括：

第二光纖，其上設置有傳感單元，其輸入端作為第二支路的輸入端，用于傳輸?shù)诙{制光信號；

第二光電轉化單元，其輸入端與第二光纖的輸出端連接，用于將第二調制光信號進行光電轉化并輸出第二微波信號；

第二微波放大單元，其輸入端與第二光電轉化單元的輸出端連接，第二微波放大單元的輸出端作為第二支路的輸出端，用于將第二微波信號進行放大處理并輸出放大后的第二微波信號；

且第二光纖長度遠大于第一光纖長度，使得第二微波信號的振蕩峰帶寬遠小于第一微波信號的振蕩峰帶寬，用于提高諧振波線性度。

進一步地，第二光纖的長度大于第一光纖長度的10倍。

進一步地，調節(jié)第一微波放大單元的增益和第二微波放大單元的增益實現(xiàn)第一微波信號的振幅與第二微波信號的振幅相同。

進一步地，第一光纖和第二光纖均為單模光纖。

采用上述方案后本發(fā)明與

背景技術：
相比，具有如下優(yōu)點：

1、本發(fā)明提供的溫度傳感裝置輸出的諧振波的振蕩峰在一定范圍內，其幅值與頻率呈現(xiàn)線性關系，且斜率很高，當溫度信號加載在溫度傳感裝置上時，振蕩峰的發(fā)生漂移，使得諧振波在固定頻率下其強度會發(fā)生很大的變化，使得該溫度傳感裝置的靈敏度高。

2、溫度測量的動態(tài)范圍由第二支路中第二微波信號的振蕩峰間距決定，可通過實際需要增加第二光纖的長度來增大動態(tài)測量范圍。

3、解調方式簡單與傳統(tǒng)的光纖溫度傳感結構相比，該結構所采用的強度解調方式極大的減少了傳感結構的成本，增加了傳感器的實用價值。

4、可與光纖通信系統(tǒng)相結合對光纖通信網(wǎng)絡線路進行實時的溫度監(jiān)控，在不增加附加結構的情況下仍可進行溫度的傳感。

5、傳統(tǒng)的光纖通信系統(tǒng)會由于光纖線路的增加而導致系統(tǒng)的相位噪聲過高，本發(fā)明中第一光纖長度遠小于第二光纖的長度，使得第一微波信號相位噪聲低，諧振波為第一微波信號與第二微波信號進行疊加處理的結果，使得本發(fā)明提供的裝置具有低相位噪聲。

6、通過光電轉化單元將光域的傳感參量轉換到電域中，這樣不僅僅極大地降低的系統(tǒng)的成本，同時對解調速度以及系統(tǒng)分辨率也有提升。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的光纖溫度傳感裝置的結構示意圖；

其中，1、激光產(chǎn)生單元；2、光電調制單元；3、分束單元；4、第一光纖；5、第二光纖；6、傳感單元；7、第一光電探測單元；8、第二光電探測單元；9、第一微波放大單元；10、第二微波放大單元；11、合束單元；12、頻譜儀；

圖2為本發(fā)明提供的光纖溫度傳感裝置中第一支路輸出的第一微波信號的波形圖；

圖3為本發(fā)明提供的光纖溫度傳感裝置中第二支路輸出的第二微波信號的波形圖；

圖4為本發(fā)明提供的光纖溫度傳感裝置中合束單元輸出的諧振波的波形圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖1為本發(fā)明提供的光纖溫度傳感裝置的結構示意圖，光纖溫度傳感裝置包括光電調制單元2以及分束單元3，光電調制單元2的輸入端用于與激光產(chǎn)生單元1的輸出端連接，光電調制單元2用于根據(jù)其控制端反饋控制信號將由激光產(chǎn)生單元1輸出的激光信號進行調制處理輸出調制光信號。分束單元3的輸入端與光電調制單元2的輸出端連接，分束單元3用于將調制光信號進行分束處理輸出第一調制光信號和第二調制光信號。

光纖溫度傳感裝置還包括第一支路和第二支路。第一支路包括第一光纖4、第一光電探測單元7以及第一微波放大單元10。第一光纖4的輸入端與分束單元3的第一輸出端連接，第一光纖4用于傳輸?shù)谝徽{制光信號。第一光電探測單元7的輸入端與第一光纖4的輸出端連接，第一光電探測單元7用于將經(jīng)過第一光纖4傳輸后的第一調制光信號進行光信號向電信號轉化處理輸出第一微波信號。第一微波放大單元10的輸入端與第一光電探測單元7的輸出端連接，第一微波放大單元10的用于將第一微波信號進行放大處理輸出放大后的第一微波信號。

第二支路包括第二光纖5、第二光電探測單元8以及第二微波放大單元9。第二光纖5的輸入端與分束單元3的第二輸出端連接，第二光纖5用于傳輸?shù)诙{制光信號，且第二光纖5上設置由傳感單元6。第二光電探測單元8的輸入端與第二光纖5的輸出端連接，第二光電探測單元8用于將經(jīng)過第二光纖5傳輸后的第二調制光信號進行光信號向電信號轉化處理輸出第二微波信號。第二微波放大單元9的輸入端與第二光電探測單元8的輸出端連接，第二微波放大單元9用于將第二微波信號進行放大處理輸出放大后的第二微波信號。

光纖溫度傳感裝置還包括合束單元，合束單元11的第一輸入端與第一微波放大單元10的輸出端連接，合束單元11的第二輸入端與第二微波放大單元9的輸出端連接，合束單元11用于對放大后的第一微波信號和放大后的第二微波信號進行疊加處理輸出諧振波，并將諧振波分為兩路諧振波輸出，合束單元的第一輸出端與光電調制單元的控制端連接，將諧振波信號反饋至光電調制單元的控制端，由合束單元的第二輸出端輸出諧振波。

光電調制單元、分束單元、第一支路以及合束單元構成第一振蕩回路。激光信號經(jīng)由光電調制單元進行調制處理后輸出調制光信號，調制光信號經(jīng)分束單元進行分束處理后輸出第一調制光信號，第一調制光信號經(jīng)由第一支路傳輸并轉化為第一微波信號、再經(jīng)過放大后輸出放大后的第一微波信號，放大后的第一微波信號與放大后的第二微波信號疊加后輸出諧振波反饋至光電調制單元的控制端，實現(xiàn)正反饋，使得第一微波信號為振蕩信號，且第一微波信號的振蕩峰跟第一光纖的有效長度相關。

光電調制單元、分束單元、第二支路以及合束單元構成第二振蕩回路。激光信號經(jīng)由光電調制單元調制后輸出調制光信號，調制光信號經(jīng)分束單元分束后輸出第二調制光信號，第二調制光信號經(jīng)由第二支路傳輸并轉化為第二微波信號、再經(jīng)過放大后輸出放大后的第二微波信號，放大后的第二微波信號與放大后的第二微波信號疊加后輸出諧振波反饋至光電調制單元的控制端，實現(xiàn)第二微波信號在第二振蕩回路中振蕩。

當?shù)诙饫w上的傳感單元加載上溫度信號后，第二光纖的折射率系數(shù)會隨溫度產(chǎn)生線性變化，進而光纖的有效長度也會發(fā)生改變，由于第二微波信號的振蕩峰與第二光纖的有效長度有關，使得第二支路上第二微波信號的振蕩峰會發(fā)生漂移，諧振波為第一微波信號和第二微波信號進行疊加處理后獲得，因此，諧振波中振蕩峰頻率也變化，實現(xiàn)諧振波的振蕩峰頻率變化與溫度信號變化相關，通過觀察指定頻率下諧振波的振幅可以實現(xiàn)將振蕩峰的漂移量與溫度的變換關系得到溫度與振蕩峰強度的關系，因此，易于從由合束單元輸出的諧振波中還原出溫度信號，極大的減少了傳感裝置的成本，增加了傳感裝置的實用價值。

本發(fā)明提供的光纖溫度傳感裝置，諧振波的振蕩峰在一定范圍內，其幅值與頻率呈現(xiàn)線性關系，且斜率很高，當溫度信號加載在溫度傳感裝置上時，振蕩峰的發(fā)生漂移，使得諧振波在固定頻率下其強度會發(fā)生很大的變化，使得該溫度傳感裝置的靈敏度高。

當?shù)诙饫w長度遠大于第一光纖長度時，第一微波信號的振蕩峰帶寬遠大于第二微波信號的振蕩峰帶寬，諧振波中振蕩峰線性區(qū)域較大。溫度測量的動態(tài)范圍與第二光纖的長度有關，通過調整第二光纖的長度實現(xiàn)調整溫度測量的動態(tài)范圍。

本發(fā)明提供的光纖溫度傳感裝置的實施例，ase寬譜光源輸出激光輸入光電調制器后通過3db光纖耦合器分別接100m單模光纖與1km單模光纖，其中1km單模光纖中包含長度為5m的傳感單模光纖光纖用作溫度傳感。100m單模光纖末端接入第一光電探測器，1km的單模光纖末端接入第二光電探測器，再將第一電探測器所探測的微波信號接入第一微波放大器，將第二電探測器所探測的微波信號接入第二微波放大器，最終通過微波合束器將兩個微波信號進行疊加處理獲得諧振波，并將諧振波分為兩路信號輸出，一路諧振波作為反饋接入光電調制器，另一路諧振波作為探測信號輸出，由頻譜儀12對諧振波進行采集。

打開ase寬譜光源，在僅接入100m光纖的情況下測量第一微波信號的振蕩譜線，在僅接入1km光纖的情況下測量第二微波信號的振蕩譜線，通過調節(jié)第一微波放大器的增益系數(shù)和第二微波放大器的增益系數(shù)，將100m單模光纖的振蕩譜線的強度調整至1km單模光纖振蕩譜線強度相當。再將100m單模光纖與1km單模光纖同時接入構成兩個振蕩回路即可得到光纖溫度傳感裝置的輸出的諧振波的振蕩譜線，諧振波的振蕩譜線中振幅最大。

圖2為通過檢測第一微波放大器輸出端的輸出信號獲得第一微波信號波形圖，圖3為通過檢測第二微波放大器輸出端的輸出信號獲得第二微波信號波形圖。圖4為本發(fā)明提供的光纖溫度傳感裝置中合束單元輸出的諧振波的波形圖。從圖2至圖4中可以看出，由于第一微波信號的振蕩峰之間的間距大于第二微波信號的振蕩峰之間的間距，第一微波信號作為濾波器，將一部分第二微波信號中波形保留，將傳感光纖放入溫度變化環(huán)境中，觀察溫度傳感器產(chǎn)生的振蕩峰的強度變化，通過峰值的強度變化即可看出溫度的變化。

最后所應說明的是，以上具體實施方式僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。