[发明专利]闭环反馈式无源波导微型温度传感器

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感和温度检测领域，尤其是用于易燃易爆或强电磁场等恶劣环境中温度检测的闭环反馈式无源波导微型温度传感器。

背景技术

对于诸如电力系统高压强电磁场环境和石油、天燃气管道、煤矿等易燃易爆环境，对温度的检测非常的迫切。一旦温度超过阈值，将对人民的生命财产安全乃至国家的安全造成重大的破坏，因此急需进行有效的温度监测。然而传统的温度传感器多需提供外加电源方能工作，若在上述恶劣领域工作，会带来很大的安全隐患。因此，迫切需要一种无源的温度传感器，实现对环境的温度监测。

针对上述问题，目前业界已提出了基于光纤的温度传感系统。由普通的通信光纤作为传感器。当外界施加在光纤上的物理量诸如应力等发生变化的时候，通过光纤的光的各个参量如相位、振幅、频率等将会发生相应的变化。通过监测这些变化量即可探知外界的情况。目前，基于光纤的安全监控系统主要采用了基于光纤光栅（FBG）的温度传感技术。FBG技术已经发展的较为成熟，但是该方案灵敏度较低，无法检测出微小的温度变化。为了提高测温传感器的灵敏度，并使其体积小、结构紧凑和重量轻，业界开始采用Mach-Zehnder干涉仪作为测温传感器中的主要功能部件，但由于Mach-Zehnder干涉仪利用了两路经历了完全不同路径的光路，这两个光路相位和偏振的任何不稳定性都会导致Mach-Zehnder干涉仪不稳定，因此这极大限制了Mach-Zehnder干涉仪在实际工程当中的应用。

发明内容

发明目的：提供一种闭环反馈式无源波导微型温度传感器，以解决现有技术的上述问题。

技术方案：一种闭环反馈式无源波导微型温度传感器，包括光源、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第三光纤耦合器、第一光电检测电路和反馈回路；所述反馈回路包括依次连接的第二光电检测电路、信号处理电路和光源驱动。

所述光源的光输出端口与第一光纤耦合器的第一端口连接，所述第一光纤耦合器的第二端口和第三端口分别与第二光纤耦合器的第二端口、第三端口连接，且其中一路上设有受热电极；所述第二光纤耦合器的第一端口与第三光纤耦合器的第一端口连接，所述第三光纤耦合器的第二端口和第三端口分别与第一光电检测电路、第二光电检测电路的第一端口连接，所述光源驱动的输出端口与光源的输入端口连接。

利用闭环反馈方式补偿Mach-Zehnder干涉仪非线性带来的误差，所述光源为DFB同轴封装激光器。

有益效果：本发明是无源装置，可以应用于强电磁场、易燃易爆等恶劣场所；另外，本发明基于干涉的原理实现对温度的探测，灵敏度高；采用光纤与传感器相连，无电无辐射且光纤成本极低。

附图说明

图1是本发明的结构原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明主要包括第一光纤耦合器2，第二光纤耦合器3，第三光纤耦合器4是1×2光纤耦合器。在本实施例中，光源采用DFB同轴封装激光器。光纤采用康宁公司的G652光纤。第一光电检测电路1和第二光电检测电路2由光电二极管、运算放大器LF353以及相应的电阻、电容元件组成。

光源1发出的光经光源的光输出端口1a送入第一光纤耦合器2中的第一端口2a中。光在第一光纤耦合器2中一分为二，分别通过其第二端口2b送入第二光纤耦合器3的第二端口3b和通过其第三端口2c送入第二光纤耦合器3的第三端口3c。其中一路上设有受热电极。

光信号从第二光纤耦合器3的第一端口3a输出，送入第三光纤耦合器4的第一端口4a。其中90％的光从第三光纤耦合器4的第二端口4b输出，最终通过光纤经第一光电检测电路5的输入端口5a送入第一光电检测电路5。

另一部分10％的光信号通过第三光纤耦合器4的第三端口4c输出，送入第二光电检测电路6的端口6a。第二光电检测电路将光功率信号转换为电压信号，并通过第二光电检测电路6的电端口6b经信号处理电路7的输入端7a端口送入信号处理电路7中。信号经处理电路7处理后由其输出端口7b送入光源驱动电路8的端口8a中。光源驱动电路根据输入的信号调整光源驱动电流。电流信号经光源驱动电流8的输出端口8b送入光源驱动1输入端口1b。

当受热电极周围的温度发生变化时，经过该位置光信号的相位将发生变化，采用Mach-Zehnder干涉仪将相位变化信息转换为光功率信息，光电检测电路将光功率信号转为电压信号。因此，通过检测光电检测电路的输出电压信号，即可间接得知外界的温度信息。