[发明专利]线型结构的闭环保偏光纤温度传感器

说明书

本发明公开了一种线型结构的闭环保偏光纤温度传感器，属于光纤温度传感器领域，包括：通过快轴和慢轴分别传输两路正交偏振光，并通过预设调制信号调制两路正交偏振光，将两路正交偏振光各旋转45°，通过光纤快轴和慢轴以不同的速度传输45°光纤连接线拼接后的两路正交偏振光，其中，两路正交偏振光在PM传感光纤内的传播常数差与温度成正比；对两路正交偏振光进行反射后原路返回，并交换快轴和慢轴输出的正交偏振光，生成输出光信号，解调后计算得到当前温度。由此，利用倒数结构来抑制了光程中的噪声和干扰，克服了系统余弦响应对微小温度变化不敏感的缺陷，在微波、射频和电磁干扰环境中可以提供精确的测量。

技术领域

本发明涉及光纤温度传感技术领域，特别涉及一种线型结构的闭环保偏光纤温度传感器。

背景技术

光纤温度传感器(FOTS)具有被动、快速响应、高灵敏度和抗电磁干扰等优点，是微波、射频和强电磁干扰等恶劣环境下的理想解决方案。引人注目的是，功能型FOTS的光学特性(相位、偏振、波长等)随温度变化而变化，而光纤本身作为传感介质，具有更宽的测量范围、更长的传输距离和更高的分辨率，典型的如光纤光栅温度传感器和拉曼/布里渊散射分布FOTS。其中保偏(PM)光纤温度传感器是一种新颖的功能型FOTS解决方案，其中PM光纤芯与包层模式之间的干涉是常用的方法，可通过位错拼接、锥形拉伸和嵌入光纤光栅等特殊处理来实现，或将PM光纤插入Sagnac环、Mach-Zehnder干涉仪等。

与透射式FOTS相比，函数式FOTS具有灵敏度高、可实现多参数测量的特点，但普遍存在结构复杂、成本较高的问题，其灵敏度和分辨率均不足以满足高精度温度测量的需要，而如何区分温度和应变，有效抵御振动干扰也是一个难以解决的问题。

与上述常用方案相比，偏振干涉是一种简单有效的温度传感方法，它可以通过获取PM光纤中两个正交偏振模的相位差来实现。但该方案与光功率有关，光路损耗或光源功率变化引起的光强变化都会影响精度。

发明内容

本发明提供一种线型结构的闭环保偏光纤温度传感器(CPMF-TS)，能够抑制光程中的噪声和干扰，克服系统余弦响应对微小温度变化不敏感的缺陷，提高线性度和测量范围，具有高分辨率和高灵敏度等优点，使其能够在微波、射频和电磁干扰环境中提供精确的测量。

本发明第一方面实施例提供一种线型结构的闭环保偏光纤温度传感器，包括：

光纤激光光源，用于发出激光；

环行器，所述环行器的第一端与所述光纤激光光源相连，用于定向传输所述激光；

光纤偏振器，所述光纤偏振器的第一端与所述环行器的第二端相连，用于将所述激光变为偏振光；

第一45°光纤连接线，用于将所述偏振光分束为第一正交偏振光和第二正交偏振光，以使所述第一正交偏振光和所述第二正交偏振光分别通过快轴和慢轴传输；

相位调制器，所述相位调制器的第一端通过所述45°光纤连接线与所述光纤偏振器的第二端相连，用于通过预设调制信号对所述第一正交偏振光和所述第二正交偏振光进行调制，以在光路中叠加90度非互易相移；

法拉第旋转器，所述法拉第旋转器的第一端与所述相位调制器的第二端相连，用于将所述第一正交偏振光和所述第二正交偏振光各旋转45°；

光纤延迟线，所述光纤延迟线的第一端与所述法拉第旋转器的第二端相连；

PM传感光纤，所述PM传感光纤与所述光纤延迟线通过第二45°光纤连接线相连，用于通过光纤快轴和慢轴以不同的速度传输所述第二45°光纤连接线拼接后的所述第一正交偏振光和所述第二正交偏振光，其中，所述第一正交偏振光和所述第二正交偏振光在所述PM传感光纤内的传播常数差与温度成正比；