[发明专利]一种光纤温度传感器解调方法

摘要

本发明涉及一种新的光纤温度传感器解调方法，可改善现有光纤温度传感器系统环境适应性差，光信号的抖动等因素变化对其性能影响较大的问题。本方法结合光纤迈克尔逊干涉仪和光电振荡器，通过温度的变化来改变干涉仪的光程差，从而改变光电振荡器输出的微波信号的中心频率，实现光纤温度传感器解调，其温度探头制作简单，用普通单模光纤就可实现温度测量，该系统具有测量灵敏度可调、精度高、测量方法简单的优点。

主权项

1.一种光纤温度传感器解调方法，其特征在于，采用的具体解调方法如下：所述光纤温度传感探头104传感的温度的变化将导致温度探头中光程的改变，从而会改变测试系统输出的微波信号的中心频率，该微波信号中心频率的变化量就可以实现温度值的解调，宽谱光源101经过马赫曾德干涉仪后，将发生干涉，干涉条纹的输出在频域上可表示为：其中A为干涉仪输出干涉条纹的可见度，Δω为不同干涉仪光程差nΔL时输出干涉条纹的频率间隔，为干涉仪的相位漂移，ω₀为激光器的中心圆频率。Δω可表示为：Δω＝2πc/nΔL  (2)其中c为光速，n为光纤折射率，ΔL为干涉仪两臂光纤长度差，则该干涉仪的自由光谱范围可表示为：干涉的输出光是与波长相关，其电场可表征为：E(t)＝∫E(ω)ejωtdω  (4)则光源的光功率谱密度可表示为：T(ω)＝|E(ω)|2  (5)干涉仪输出的干涉条纹经过电光调制器106后，光谱的每个频率分量E(ω)都被调制，并且由光电振荡器环路产生一频率为ξ的微波信号，电光调制器106输出的光场可表示为：E(ω)＝ejωt(1+ejξt+e‑jξt)  (6)光电振荡器中使用色散光纤作为延迟线，该时延线的电场传递函数可表示为：H(ω)＝|H(ω)e‑jφ(ω)  (7)φ(ω)为待测光纤延迟引入的相位，根据泰勒级数展开，该相位可表示为：式中，τ(ω0)为中心频率ω0时的群时延，β为待测光纤的色散，其单位为ps2/km，β可表示为：式中D(ps/km/nm)为待测光纤的色散系数，λ0为光源波长，根据式(5)—(9)可得光电振荡器响应函数为：其中由此可知，光电振荡器输出的微波信号的中心频率可表示为：则光纤温度探头106由于温度的变化而导致的干涉仪光程差的变化可表示为：上式中Δf0为中心频率的变化量，这种光程差的变化主要来源于光纤温度传感探头104中光纤的折射率和长度发射的变化，其与温度T的关系是线性的，可表示为：Δ(nΔL)＝KT  (13)由式(12)可知，根据光电振荡器输出微波信号的中心频率、宽谱光源101的中心波长、光纤折射率、色散补偿光纤107的长度及色散系数，就能够得到光纤温度传感探头104由于温度的变化而导致的干涉仪光程差的变化量。