[发明专利]基于光纤自相位调制效应的温度传感系统及测量方法

权利要求书

1.一种基于光纤自相位调制效应的温度传感系统，其特征在于，包括光源模块、光纤传感模块、温度调节模块、检测模块，光源模块与光纤传感模块相连，光纤传感模块与检测模块相连；所述光纤传感模块由微结构传感光纤和普通光纤组成，微结构传感光纤的两端分别熔接一段普通光纤，形成三段式的整体结构，所述微结构传感光纤包括包层、包层中的气孔和内层气孔包围而成的六边形纤芯；

所述光源模块用于提供光脉冲信号；

所述温度调节模块用于改变待测温度；

所述光纤传感模块用于检测温度调节模块的温度；

所述检测模块用于显示自相位调制效应产生光谱的变化；

所述微结构传感光纤的六边形纤芯的内接圆直径范围为5μm～20μm，包层直径范围为125μm～200μm，包层中空气孔直径范围为2μm～20μm，空气孔间隔范围为10μm～50μm；微结构传感光纤长度范围为20-50cm；

所述的光源模块为全光纤锁模激光器，输出激光工作波长为1560nm，脉宽为200fs。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤自相位调制效应的温度传感系统，其特征在于，所述微结构传感光纤材料包括石英光纤、碲酸盐光纤、硫化物光纤、氟化物光纤，普通光纤包括多模光纤、单模光纤。

3.根据权利要求1所述的一种基于光纤自相位调制效应的温度传感系统，其特征在于，所述温度调节模块包括水浴加热锅、恒温恒湿箱、加热电线圈。

4.根据权利要求1所述的一种基于光纤自相位调制效应的温度传感系统，其特征在于，所述检测模块包括光谱仪、示波器。

5.一种采用权利要求1所述的一种基于光纤自相位调制效应的温度传感系统的温度测量方法，其特征在于，包括：

步骤1：拉制光纤传感模块中的微结构传感光纤，测量光纤传感模块中微结构传感光纤的热光系数与热膨胀系数；

步骤2：计算拉制后的微结构传感光纤的有效模面积；

步骤3：通过温度调节模块改变待测温度，计算拉制后的微结构传感光纤在不同温度下的非线性系数与群速度色散；

步骤4：通过检测模块测量拉制后的微结构传感光纤在不同温度下经自相位调制效应感应频谱的展宽大小σ；

步骤5：计算拉制后的微结构传感光纤在不同温度下的自相位调制效应感应频谱的展宽因子σ/σ₀：

式中，σ₀表示初始频谱宽度，φ_max表示微结构传感光纤在一定温度下自相位调制感应频谱的最大非线性位移，L表示微结构传感光纤在一定温度下的长度，L_D表示微结构传感光纤在一定温度下的色散长度；

其中，

式中，L_eff表示微结构传感光纤在一定温度下的有效长度，L_NL表示微结构传感光纤在一定温度下的非线性长度，α表示微结构传感光纤在一定温度下的损耗，γ表示微结构传感光纤在一定温度下的非线性系数，P₀表示光脉冲峰值功率；

步骤6：计算拉制后的微结构传感光纤在不同温度下自相位调制效应感应频谱带宽的差异Δσ表示为：

步骤7：计算拉制后的微结构传感光纤在不同温度C₁、C₂下自相位调制效应的温度传感灵敏度S表示为:

△C＝C₁-C₂。