專利名稱：基于雙芯光纖的溫度傳感方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光纖傳感技術領域，特別涉及了一種基于雙芯光纖的檢測溫度信號的方法，以及實現(xiàn)該方法的裝置。
背景技術：
光纖技術在光通信領域已經(jīng)獲得了巨大的成功，同樣，基于光纖的傳感技術目前正在蓬勃發(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)。當光波在光纖中傳輸時，其特征參量振幅、相位、偏振態(tài)、波長等會因外界因素如溫度、壓力、應變、磁場、 電場、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物理量。光纖傳感技術就是利用光纖對某些物理量敏感的特性，將外界物理量轉(zhuǎn)換成可以直接測量的信號的技術。光纖傳感技術是光學領域最為重要的傳感技術之一，已經(jīng)被廣泛應用于生物、醫(yī)學、航天、航空、機械、石化、建筑、高鐵、橋梁、國防工業(yè)等領域。目前實現(xiàn)溫度傳感的最成熟的光纖傳感技術是基于光纖布拉格光柵的溫度傳感技術，主要利用光纖布拉格光柵反射波長和溫度成線性光纖的特征。然而，基于光纖布拉格光柵的溫度傳感技術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。因此，發(fā)明一種基于光纖、價格低廉、測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)明就是針對現(xiàn)有技術的不足，提出了一種基于雙芯光纖的檢測溫度信號的方法，同時提供了實現(xiàn)該方法的裝置。本發(fā)明的方法包括以下步驟
步驟(1)選擇一個輸出波長覆蓋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工作波長覆蓋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纖芯對接；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，雙芯光纖的另一個纖芯和這一段單模光纖的纖芯對接；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量溫度的環(huán)境中。雙芯光纖橫截面中有兩個中心距為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;I的函數(shù)。根據(jù)耦合模理論，當寬帶光注入長度為L·的雙芯光纖的一個纖芯的時候，從另外一個纖芯出來的透射光譜為 W(Τ, 1) = sin2[Δ (Γ, 1)χ^rχ ￡/1]當雙芯光纖溫度發(fā)生改變的時候，透射光譜對應有一個波長漂移，其溫度了和波長漂移ΔΑ滿足以下關系T= ΓχΜ其中f為常數(shù)，可以利用
透射光譜計算出來。因此，可以通過測量透射光譜的波長漂移來確定施加在雙芯光纖上的溫度。實現(xiàn)本發(fā)明方法的裝置包括一個寬帶光源、兩段單模光纖、一段雙芯光纖和一個光譜分析儀。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纖芯對接；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， 雙芯光纖的另一個纖芯和這一段單模光纖的纖芯對接；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)明主要適用于測量溫度，利用了雙芯光纖輸出光譜隨溫度變化的特性，通過輸出光譜的波長漂移來確定溫度數(shù)值大小，實現(xiàn)了溫度傳感。由于采用光纖作為傳感介質(zhì)， 不需要類似于光纖布拉格光柵保持折射率調(diào)制，因此可以實現(xiàn)高溫傳感。本發(fā)明具有不受電磁干擾、可以實現(xiàn)遠距離傳感、價格低廉、結(jié)構(gòu)緊湊、大測量范圍等優(yōu)點。


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)明裝置測量所得的結(jié)果示意圖。
具體實施例方式如圖1和圖2所示，基于雙芯光纖實現(xiàn)液壓傳感的裝置包括一個寬帶光源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的一個纖芯對接；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的另一個纖芯和單模光纖4的纖芯對接；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。利用該檢測裝置的溫度傳感方法包括以下步驟
(1)選擇一個輸出波長覆蓋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 和一個工作波長覆蓋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的一個纖芯對接；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的另一個纖芯和單模光纖4的纖芯對接；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置入需要測量溫度的環(huán)境中。開啟寬帶光源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和波長漂移Δ1的關系Γ = HM通過測量波長漂移AA即可檢測溫度的大小。 具體測量結(jié)果如圖3所示。 本發(fā)明利用了近年來剛剛被發(fā)展起來的特種光纖技術，通過設計合理的雙芯光纖，利用其模式耦合對溫度敏感的特性，提出了光纖液壓傳感的新技術方案。本發(fā)明采用光纖作為傳感介質(zhì)，具有不受電磁干擾、可以實現(xiàn)遠距離傳感、價格低廉、結(jié)構(gòu)緊湊、大測量范圍等優(yōu)點。
權利要求
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)選擇一個輸出波長覆蓋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工作波長覆蓋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纖芯對接；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，雙芯光纖的另一個纖芯和這一段單模光纖的纖芯對接；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量溫度的環(huán)境中；雙芯光纖有奇模和偶模兩個模式，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;I的函數(shù)，根據(jù)耦合模理論，當寬帶光注入長度為L的雙芯光纖的一個纖芯的時候，從另外一個纖芯出來的透射光譜為W (Τ, 1) = sin2 [ M(T, l)x rx￡7 ]當雙芯光纖溫度發(fā)生改變的時候，透射光譜對應有一個波長漂移，其溫度T和波長漂移ΔΑ滿足以下關系T= KxM其中^為常數(shù)，可以利用透射光譜計算出來，因此，可以通過測量透射光譜的波長漂移來確定施加在雙芯光纖上的溫度。
2.實現(xiàn)權利要求1所述方法的裝置，包括一個寬帶光源、兩段單模光纖、一段雙芯光纖和一個光譜分析儀，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纖芯對接；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，雙芯光纖的另一個纖芯和這一段單模光纖的纖芯對接；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。目前光纖傳感技術測溫量程小，而且存在解調(diào)成本較高等缺點。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量環(huán)境中，通過光譜分析儀測量透射光譜的波長漂移來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、可以實現(xiàn)遠距離傳感、價格低廉、結(jié)構(gòu)緊湊、大測量范圍等優(yōu)點。
文檔編號G01K11/32GK102261965SQ20111010858
公開日2011年11月30日 申請日期2011年4月28日 優(yōu)先權日2011年4月28日
發(fā)明者吳根柱, 彭保進, 胡顧峰, 陳達如 申請人:浙江師范大學