[发明专利]一种基于光学谐振腔游标效应的温度传感器及其控制方法有效

专利信息
申请号: 202010921181.7 申请日: 2020-09-04
公开(公告)号: CN112161723B 公开(公告)日: 2022-07-26
发明(设计)人: 田赫;孙伟民;张大昕;王勃然;张洪泉 申请(专利权)人: 苏州易奥秘光电科技有限公司
主分类号: G01K11/3206 分类号: G01K11/3206
代理公司: 哈尔滨市阳光惠远知识产权代理有限公司 23211 代理人: 王海婷
地址: 215163 江苏省苏州市高*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 光学 谐振腔 游标 效应 温度传感器 及其 控制 方法
【说明书】:

发明提供了一种基于光学谐振腔游标效应的温度传感器及其控制方法,温度传感器包括光源、第一分束器、光栅、第二分束器、耦合器、环形波导、光谱仪和处理系统;光源连接第一分束器的光输入端,第一分束器的光输入输出端连接光栅的光输入输出端,第一分束器的光输出端连接第二分束器的光输入端,第二分束器的第一光输出端连接光谱仪的第一光输入端,第二分束器的第二光输出端连接耦合器的第一光输入端,耦合器的第二光输入端、第二光输出端连接环形波导,耦合器的第一光输出端连接光谱仪的第二光输入端,光谱仪连接处理系统,处理系统输出传感器输出信号;耦合器和环形波导构成环形谐振腔。本发明结构简单、敏感元件不受电磁场影响、精度高。

技术领域

本发明属于光学器件技术领域,尤其是涉及一种基于光学谐振腔游标效应的温度传感器及其控制方法。

背景技术

温度传感器是利用物质的性质随温度变化的规律,把温度转化为可用输出信号的器件,温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、保证生产安全、促进国民经济发展起到非常重要的作用,由于温度测量的普遍性,温度传感器的数量在各种传感器中居首位。实际上,多数材料、元件的特性都随温度的变化而变化,所以能作温度传感器的材料相当多,温度传感器品种繁多,目前,最常用的是热电阻、热电偶温度传感器,但这些传感器的结构复杂、精度低,特别是响应信号为电信号,传感器响应受电磁场影响大,在强电磁场环境下,输出极不稳定,甚至无法工作。

而光学温度传感器的响应信号为光信号,不受电磁场影响,因此其应用场所更为广泛,例如光纤光栅温度传感器,当光纤光栅受到外场(如应力场、温度场等)作用时,其栅格周期或有效折射率会发生变化,从而引起光纤光栅反射(或透射)波长的漂移,通过检测光纤光栅波长的漂移量即可推测出待测外场的状态,但目前的光学温度传感器也存在结构复杂、精度低的问题。

发明内容

有鉴于此,本发明旨在提出一种基于光学谐振腔游标效应的温度传感器及其控制方法,本发明具有结构简单、敏感元件不受电磁场影响、精度高的优点。

为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:

一种基于光学谐振腔游标效应的温度传感器,包括光源、第一分束器、光栅、第二分束器、耦合器、环形波导、光谱仪和处理系统;

光源的光输出端连接第一分束器的光输入端,第一分束器的光输入输出端连接光栅的光输入输出端,第一分束器的光输出端连接第二分束器的光输入端,第二分束器的第一光输出端连接光谱仪的第一光输入端,第二分束器的第二光输出端连接耦合器的第一光输入端,耦合器的第二光输入端、第二光输出端连接环形波导,耦合器的第一光输出端连接光谱仪的第二光输入端,光谱仪的电输出端连接处理系统的电输入端,处理系统的电输出端输出传感器输出信号;所述的耦合器和环形波导构成环形谐振腔。

进一步的,所述光栅的反射谱为一个反射峰,且此反射峰的带宽至少是环形谐振腔的自由谱宽的100倍,所述的光源为宽带光源,其带宽至少是光栅的反射峰带宽的100倍。

进一步的,所述耦合器为2×2耦合器;所述的第一分束器与第二分束器均为1×2耦合器,且耦合比均为50:50。

进一步的,所述处理系统包括采样电路、分析电路和输出电路;采样电路的电输入端为处理系统的电输入端,输出电路的电输出端为处理系统的电输出端;光谱仪的电输出端连接采样电路的电输入端,采样电路的电输出端连接分析电路的电输入端,分析电路的电输出端连接输出电路的电输入端,输出电路的电输出端输出传感器输出信号。

进一步的,光栅的反射峰的中心频率随温度变化而移动,通过光栅的反射峰的中心频率的移动方向,判断出温度是升高或是降低;环形谐振腔的谐振频率随温度变化而移动,通过环形谐振腔的谐振频率的移动量,得出温度的变化量。

进一步的,环形波导的折射率与温度的关系为温度越高,环形波导的折射率越大;光栅的折射率与温度的关系为温度越高,光栅的折射率越大;环形波导的长度和光栅的长度均为随温度热胀冷缩。

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