[发明专利]一种基于光纤辐射致衰减温度依赖性的双波长差分温度测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及了一种基于光纤辐射致衰减温度依赖性的双波长差分温度测量系统，属于温度测量技术领域。

背景技术

温度一个基本的物理量。温度检测在现代工业系统和工程应用中占有十分重要的地位。以热电偶、铂合金和半导体为代表的传统温度传感器以原理简单、成本低、精度高的优点在多年前就获得了广泛的应用，在许多场合起着不可替代的作用。但是在易燃、易爆、空间狭窄、具有腐蚀性环境或有电磁干扰的恶劣环境下，传统的温度测量技术受到很大的限制，甚至无法工作。

光纤具有体积小、重量轻、结构灵活，抗电磁干扰、电绝缘的优点。目前光纤温度传感器主要包括光纤布拉格光栅（FBG）温度传感器、半导体吸收式光纤温度传感器和光纤法布里-波罗腔干涉式温度传感器等，在温度测量领域起到重要作用。

其中，光纤布拉格光栅温度传感器是通过精密工艺在光纤中进行雕刻，使光纤内的折射率成周期性分布，形成光纤布拉格光栅（FBG），利用布拉格波长来对温度敏感。光纤光栅光纤布拉格光栅温度传感器温度感应度高。但是，采用波长调制，导致解调系统复杂，以及容易引起温度-应力交叉感应等问题。

半导体吸收型光纤温度传感器是利用半导体材的吸收光谱随温度变化而变化的特性实现的。这种光纤温度传感器存在对信号传输光纤要求高，通常需要特制大孔径光纤；来保证光纤与半导体薄膜是间接耦合效率；半导体膜片制作过程也较复杂，工艺要求较高；由于半导体吸收是导带和价带之间的电子跃迁吸收，吸收波段在紫外和可见光的短波段，因此要求紫外宽带光源，价格昂贵，对光纤要求也较高，且测量的精度较低。

光纤法布里-波罗腔干涉式温度传感器是在光纤内制造出两个高反射膜层，从而形成一个腔长为L的微腔。当相干光束沿光纤入射到此微腔时，光纤在微腔的两端面反射后沿原路返回相遇而产生干涉，其干涉输出信号与此微腔的长度相关。当外界温度会对腔长L产生调制，导致干涉输出信号也发生变化。由于光纤法布里-波罗腔干涉式温度传感器的光纤半径只在10~125μm量级，导致F-P制作工艺复杂，而且一致性难以保证；干涉功率随腔长变化不是单一对应关系，而是不断衰减的周期性信号，解调系统复杂；若采用波长域信号解调，则系统也相对复杂；F-P腔长随温度变化量很小，感应温度范围十分有限。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种基于光纤辐射致衰减温度依赖性的双波长差分温度测量系统。

一种基于光纤辐射致衰减温度依赖性的双波长差分温度测量系统，包括第一光源、第二光源、耦合器、敏感光纤、波分复用器件、第一探测器、第二探测器、探测电路和计算机；

第一光源发出λ₁波段的光，第二光源发出λ₂波段的光，第一光源和第二光源发出光输入至耦合器，耦合器对两束光进行耦合，通过通信光纤输出至敏感光纤，通过敏感光纤后，输出至波分复用器件，波分复用器件对输入光进行分离，λ₁波段的光输出至第一探测器，λ₂波段的光输出至第二探测器，第一探测器和第二探测器对两路光信号进行探测，分别得到两路光信号的功率，将功率输出至探测电路，探测电路将探测到的光信号转化为电信号，并且进行滤波放大，输出到计算机，计算机对光纤衰减数据进行处理，解调出温度信息，进行显示和存储等。

基于光纤辐射致衰减温度依赖性的双波长差分温度测量系统，包括第一光源、第二光源、耦合器、定向耦合器、敏感光纤、反射装置、波分复用器件、第一探测器、第二探测器、探测电路和计算机；

第一光源发出λ₁波段的光，第二光源发出λ₂波段的光，第一光源和第二光源发出光输入至耦合器，耦合器对两束光进行耦合，输出至定向耦合器，通过至定向耦合器后进入敏感光纤，通过敏感光纤末端的反射装置，光进行反射，又输入至定向耦合器，通过定向耦合器输出至波分复用器件的输入段，波分复用器件对输入光进行分离，λ₁波段的光输出至第一探测器，λ₂波段的光输出至第二探测器，第一探测器和第二探测器对两路光信号进行探测，分别得到两路光信号的功率，将功率输出至探测电路，探测电路将探测到的光信号转化为电信号，并且进行滤波放大，输出到计算机，计算机对光纤衰减数据进行处理，解调出温度信息，进行显示。

基于光纤辐射致衰减温度依赖性的双波长差分温度测量系统，包括第一光源、第二光源、第一分光器、第二分光器、耦合器、敏感光纤、波分复用器件、多通道探测器、探测电路和计算机；