[发明专利]基于混沌相关光纤环衰荡技术的光纤光栅温度传感器

说明书

本发明公开了一种基于混沌自相关光纤环衰荡技术的光纤光栅温度传感器，由混沌光纤激光器和光纤衰荡环两部分组成；其中混沌光纤激光器采用环形腔结构，用波长980nm的半导体激光器作为泵浦源，6m的掺铒光纤作为增益介质，利用光纤的非线性克尔效应产生混沌激光，混沌激光通过光耦合器进入到光纤衰荡环中，光纤衰荡环由两个光耦合器，一个光隔离器和一个FBG组成；光纤环输出端接到一个光电探测器上，光电探测器再连到示波器上，通过电脑采集示波器上的数据并进行处理；通过建立光纤衰荡环中混沌自相关峰的衰荡时间与温度之间的关系来实现温度传感及对FBG中心波长的解调。

技术领域

本发明涉及光纤传感器领域，尤其涉及的是一种基于混沌相关光纤环衰荡技术的光纤光栅温度传感器。

背景技术

光纤传感技术是20世纪70年代伴随着光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，是以光波为载体，光纤为媒质，感知和传输外界被测量信号的传感技术。与传统的传感器相比，光纤传感器具有一系列的独特优点，如灵敏度高，频带宽，动态范围大，抗电磁干扰，耐腐蚀，耐高压，防爆、防燃，光路可挠曲性好，易于实现远距离测量等。光纤传感器可以测量很多的物理量，如压力，应变，温度，折射率，磁场强度以及气体浓度。其中温度作为科学研究中最常见的一个物理量，在很多方面都需要用到，故温度的精确测量就显得十分重要，而在比较特殊的环境，如易爆、易燃、高电压以及强电磁场情况下，电传感器会受到很大的影响，其使用便会受到限制，而此时将光纤传感用于测温就具有独特的优势。近年来，光纤布拉格光栅已成为了最常见的温度传感元件。光纤布拉格光栅(FBG)作为一种新型的光纤器件，其中心波长在外界压力和温度的影响下会发生漂移。FBG温度传感器自问世之后便受到了很高的重视，已被进行了大量的研究。目前，FBG用作温度传感大都是采用宽带光作为光源，再通过光谱仪来观测其中心波长在温度变化后的漂移来达到传感的目的。这种测量方法的分辨率与所采用的的光谱仪的分辨率有关，且裸FBG的温度灵敏度比较低，其温度敏感度仅为0.01nm/℃左右，其次，光谱仪的使用也会增加成本。

发明内容

本发明针对现有技术的不足提供一种基于混沌自相关光纤环衰荡技术的光纤光栅温度传感器，解决了FBG测温对光谱仪的依赖，使得FBG温度传感的分辨率免受于光谱仪的限制。同时在制作光纤环时不需要考虑环长与脉冲的脉宽及周期间的相互关系，并可以简化装置中的光源部分。

一种基于混沌自相关光纤环衰荡技术的光纤光栅温度传感器，由混沌光纤激光器和光纤衰荡环两部分组成；其中混沌光纤激光器采用环形腔结构，用波长980nm的半导体激光器作为泵浦源，6m的掺铒光纤作为增益介质，利用光纤的非线性克尔效应产生混沌激光，混沌激光通过光耦合器进入到光纤衰荡环中，光纤衰荡环由两个光耦合器，一个光隔离器和一个FBG组成；光纤环输出端接到一个光电探测器上，光电探测器再连到示波器上，通过电脑采集示波器上的数据并进行处理；通过建立光纤衰荡环中混沌自相关峰的衰荡时间与温度之间的关系来实现温度传感及对FBG中心波长的解调。

所述的基于混沌自相关光纤环衰荡技术的光纤光栅温度传感器，混沌光纤激光器由半导体激光器、波分复用器、掺铒光纤、单模光纤、可调滤波器、第一光耦合器、偏振控制器、光隔离器组成环形腔结构，980nm的半导体激光器作为泵浦源连接到波分复用器，波分复用器将不同波长的光合并到光纤中传输，6m长的掺铒光纤作为增益介质；腔中的可调滤波器用来改变激光器的输出波长，调节范围为1542—1560nm,通过偏振控制器来调节光的偏振态，光隔离器确保环形腔内光的单向传输；10％的混沌激光从第一光耦合器输出，90％的光继续在腔内循环；利用光纤的非线性克尔效应实现混沌激光的产生，通过调节泵浦源和偏振控制器来获得最好的混沌状态。