[发明专利]一种双波长光延迟光纤温度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤温度传感技术领域，具体涉及一种双波长光延迟光纤温度传感器。

背景技术

光纤温度传感器具有安全、轻质、准确、抗电磁干扰等优点，广泛应用于电力设备、水电设备以及隧道防火的温度检测系统中，也应用在工业和民用的需要温度测量的各个方面。

通常光纤温度传感器采用的技术方法有：①温度引起光纤光栅常数的改变，从而改变了光纤光栅的透射或反射光的光谱，通过探测该光谱的变化得到对温度的准确测量；②用激光在光纤中产生的非线性布里渊后向散射，根据布里渊散射的光谱变化和后向散射的位置，来判断光纤中温度的变化和发生的位置，从而得到对温度和距离的准确测量。

以上所述两种方案其共同点是它们的测量都转化成了对光谱的准确测量，从而得到温度的精确测量。在光电探测技术中，对光谱的准确测量，均需要较复杂的测量装置或系统，这样势必造成该技术构成的设备成本较高，不宜全面推广应用。同时，在测量较高温度时，光纤光栅将不能胜任，非线性布里渊散射也将受到高温的限制。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是：如何准确测量延迟时间，从而得到温度参数；同时降低光纤温度传感器的成本，并提高测量的温度范围。

光信号在光纤中传输会带来延迟，延迟时间与光纤的长度和光纤的折射率成正比。研究表明石英（SiO₂）光纤的折射率随温度的增加而增加，因此温度变化将引起光信号在光纤中的附加传输延迟。双波长光信号其中一路波长为参考光信号，另一路波长为测试光信号，这样形成差分结构，易于准确测量延迟时间，并消除了传输光路的影响，从而提高了光路的性能和温度的测量精度。

本发明为了解决上述技术问题，基于上述工作原理采用如下技术方案：

提供一种双波长光延迟光纤温度传感器，其特征是：包括双波长光发射模块、光耦合器、波长选择器、光接收模块、信号处理与控制模块、传输光纤、传感光纤和光环行器；

在所述信号处理与控制模块的控制下，双波长光发射模块同时发出两个不同波长的光信号即第一光信号和第二光信号，光信号经光耦合器耦合后注入传输光纤，光信号通过传输光纤达到第1只光环行器，不同波长的第一光信号和第二光信号均通过第1只光环行器，光信号由第1只光环行器的一端口①到二端口②，再到达所述波长选择器；其中第一光信号的波长与波长选择器的反射波长一致，反射回到第1只光环行器的二端口②，反射后的光信号由三端口③输出，再由传输光纤传输进入所述传感光纤，得到温度变化引起延迟的光信号，延迟的光信号再经传输光纤传输到第2只光环行器的一端口①，通过第2只光环行器的二端口②输出，到达波长选择器，并反射回到第2只光环行器的二端口②，通过第2只光环行器的三端口③输出，传送到光接收模块；第二光信号直接通过波长选择器，到达第2只光环行器的二端口②，并通过光环行器的三端口③输出，传送到光接收模块；

光接收模块接收第一光信号和第二光信号，并将第一光信号和第二光信号转换成电信号后再传输到信号处理与控制模块；信号处理与控制模块测量温度变化引起两个波长信号的传输相对延迟时间，并依据相对延迟时间计算得到传感温度。

所述双波长光发射模块采用两只半导体激光器或采用固体激光器，通过直接强度调制或间接强度调制，同时发射连续正弦波或脉冲光波信号。 

所述光耦合器采用1′2或2′2光纤耦合器来实现，或者通过光学元件构建耦合功能来完成两路光信号耦合到一根光纤中。

所述光接收模块采用PIN或APD光电探测器，探测由传输光纤送达的光信号，并将光信号转换成电信号放大后输出，送达信号处理与控制模块。

所述光环行器采用3端口光纤环行器来实现，或通过光学元件构建3端口光学环行器来实现光路的功能。

所述波长选择器为光纤光栅或干涉滤光片，能实现对某一个特定波长的反射和对其它波长的透射。

所述传输光纤为石英（SiO₂）多模光纤或单模光纤，或塑料光纤。

所述传感光纤为石英（SiO₂）多模光纤或单模光纤。

所述信号处理与控制模块可采用高精度模拟和数字电路来产生和控制发射信号,并测量接收到的两个波长信号的传输相对延迟时间，由此来计算温度。