本發明專利技術公開了一種基于單模-多模-單模光纖模間干涉溫度測量裝置，包括激光器、SMS光纖、PIN管、數據采集卡以及信號處理器，所述SMS光纖由第一單模光纖、多模光纖和第二單模光纖級聯而成，所述激光器輸出連接SMS光纖的一端的第一單模光纖，第二單模光纖與PIN管輸入連接，PIN管輸出與數據采集卡輸入連接，數據采集卡輸出連接信號處理器，所述信號處理器利用SMS光纖輸出光功率攜帶模間相對相位變化信息，獲得溫度測量值。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及傳感器
，尤其涉及一種基于單模-多模-單模光纖模間干涉溫度測量裝置。
技術介紹
與電傳感器相比較，光纖傳感具有集成度高、抗干擾能力前、成本低廉、靈敏度和精度高、絕緣性好、可實現分布測量等優勢，因此光纖傳感已經成為一個熱門的研究領域。光纖傳感器可用于測量應力、應變、振動、溫度、位移、聲音和濕度等物理量。光纖傳感已經廣泛應用于交通、軍工、建筑、能源、安全、冶金等領域。目前用于測量溫度的儀器主要有溫度計、熱電阻、熱電偶和紅外測溫儀等，但這些儀器都存在量程有限、精度不高、無法長距離和在狹小空間進行溫度測量的缺點；而光纖溫度傳感很好的解決了上述缺點。目前，與光纖溫度傳感相關的專利主要采用光纖F-P技術、長周期光纖光柵(LPG)技術、光纖布拉格光柵(FBG)技術、光纖背向散射(Rayleigh、Brillouin、Raman)技術。但是，這些技術對光纖和探測器的要求較高，不利于成本的降低。基于SMS光纖結構的溫度傳感逐漸開始引起人們的關注，SMS光纖結構在溫度變化時其輸出干涉光譜會發生藍移或紅移，利用光譜測量技術(如光譜儀等)可實現溫度的高靈敏度傳感；目前該技術已經達到了15pm/°C -58.5pm/°C。但是基于SMS光纖結構的溫度傳感技術需要利用光譜儀對信號進行頻譜分析，導致該傳感器存在體積大、價格昂貴、不利于系統集成等缺點。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種結構簡單、價格低廉、靈敏度高和集成度高的光纖溫度傳感裝置，該傳感裝置是基于單模-多模-單模光纖(SMS)結構在溫度變化時其輸出光功率的變化規律而設計，只需測量輸出光功率，不需要光譜儀對信號進行分析，獲得的精度在5%以內。該傳感裝置不僅可用于測量溫度，也可結合相應的數據處理技術實現應力和振動的測量。為了解決現有技術問題，本專利技術實施例公開了一種基于單模-多模-單模光纖模間干涉溫度測量裝置，其特征在于，包括激光器、SMS光纖、PIN管、數據采集卡以及信號處理器，所述SMS光纖由第一單模光纖、多模光纖和第二單模光纖級聯而成，所述激光器輸出連接SMS光纖的一端的第一單模光纖，第二單模光纖與PIN管輸入連接，PIN管輸出與數據采集卡輸入連接，數據采集卡輸出連接信號處理器，所述信號處理器利用SMS光纖輸出光功率攜帶模間相對相位變化信息，獲得溫度測量值。進一步，作為優選，所述SMS光纖由G.652標準單模光纖和50/125階躍型多模光纖構成。進一步，作為優選，所述信號處理器利用模間相對相位值Atp與溫差AT的正比關系，獲得溫度測量值。進一步，作為優選，所述模間相對相位值Af與溫差A T有如下關系Acp=kPAT，其中常數K 0通過定標獲得。進一步，作為優選，對SMS光纖輸出光信號做Hilbert變換得到模間相對相位變化信息，最終得到溫度變化信息。本專利技術提供了一種基于SMS光纖結構在溫度變化時其輸出光功率的變化規律而設計的光纖溫度傳感裝置。該光纖溫度傳感裝置采用的光纖為普通單模光纖和多模光纖；由于基于光功率測量，該光纖溫度傳感裝置采用的探測器為普通PIN管，無需采用頻譜儀。因此，本專利技術除了具備一般光纖溫度傳感的優點外，還有效的解決了目前光纖溫度傳感技術存在的成本較高、系統復雜的缺點。附圖說明當結合附圖考慮時，通過參照下面的詳細描述，能夠更完整更好地理解本專利技術以及容易得知其中許多伴隨的優點，但此處所說明的附圖用來提供對本專利技術的進一步理解，構成本專利技術的一部分，本專利技術的示意性實施例及其說明用于解釋本專利技術，并不構成對本專利技術的不當限定，其中圖1為SMS光纖結構示意圖。圖2為本專利技術溫度傳感裝置示意圖。圖3為該本專利技術溫度傳感測量系統示意圖。圖4為溫度線性緩慢上升時光功率信號的電壓值隨時間的變化曲線。圖5為溫度線性緩慢上升時光纖測量的溫差隨時間變化曲線。圖6為溫度線性緩慢下降時光功率信號的電壓值隨時間的變化曲線。圖7為溫度線性緩慢下降時光纖測量的溫差隨時間變化曲線。圖8為溫度快速上升時光功率信號的電壓值隨時間的變化曲線。圖9為溫度快速上升時光纖測量的溫差隨時間變化曲線。具體實施例方式參照圖1-9對本專利技術的實施例進行說明。為使上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步詳細的說明。如圖2所示，一種基于單模-多模-單模光纖模間干涉溫度測量裝置，包括激光器201、SMS光纖、PIN管206、數據采集卡207以及信號處理器208，所述SMS光纖由第一單模光纖103、多模光纖104和第二單模光纖級105聯而成,所述激光器202輸出連接SMS光纖的一端的第一單模光纖103，第二單模光纖105與PIN管206輸入連接，PIN管206輸出與數據采集卡207輸入連接，數據采集卡207輸出連接信號處理器208，所述信號處理器208利用SMS光纖輸出光功率攜帶模間相對相位變化信息，獲得溫度測量值。例如采用1550nm DFB激光器202光源，輸出功率約為10mw，激光器202尾纖連接一段SMS光纖，SMS光纖結構由G. 652標準單模光纖和長度為10米的50/125階躍型多模光纖構成，光纖置于測試環境中，測試環境由水槽305和加熱板304組成,數字信號處理部分由PIN管206、數據采集卡207和信號處理器208 (Labview軟件)組成，激光器202和信號采集部分在系統集成箱201中。如附圖1所示，激光器輸出光101經第一單模光纖纖芯106耦合進入多模光纖纖芯107,激勵多模光纖中大量模式傳輸,這些模式相互干涉,在光纖橫截面109上形成不同的干涉圖樣110，即散斑，輸出端的第二單模光纖105耦合光纖橫截面109某局部區域的光強輸出。由以上分析知，輸出光強102與多模光纖所處的環境溫度有關。本專利技術實現溫度測量的原理如下:SMS光纖結構由兩段單模光纖和熔接在它們中間的一段多模光纖構成。激光器輸出光經單模光纖耦合進入多模光纖，激勵多模光纖中大量模式傳輸，這些模式相互干涉，在光纖橫截面上形成不同的干涉圖樣，即散斑，輸出端的單模光纖耦合某局部區域的光強輸出。散斑的空間分布形式由激勵條件(單模光纖到多模光纖的耦合)和眾多模式之間的相位差決定，因此，在耦合條件不變的情況下，檢測光功率的變化即可獲得模式之間的相位差的變化，進而解調得到引起相位差變化的外部因素，如環境溫度，從而實現溫度的檢測。當多模光纖所處環境溫度發生變化時，由于熱光效應和熱脹冷縮，纖芯折射率和光纖長度均發生變化，溫度T時模式有效折射率n和光纖長度的變化可用下式表示:本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于單模?多模?單模光纖模間干涉溫度測量裝置，其特征在于，包括激光器、SMS光纖、PIN管、數據采集卡以及信號處理器，所述SMS光纖由第一單模光纖、多模光纖和第二單模光纖級聯而成，所述激光器輸出連接SMS光纖的一端的第一單模光纖，第二單模光纖與PIN管輸入連接，PIN管輸出與數據采集卡輸入連接，數據采集卡輸出連接信號處理器，所述信號處理器利用SMS光纖輸出光功率攜帶模間相對相位變化信息，獲得溫度測量值。
【技術特征摘要】
1.一種基于單模-多模-單模光纖模間干涉溫度測量裝置，其特征在于，包括激光器、SMS光纖、PIN管、數據采集卡以及信號處理器，所述SMS光纖由第一單模光纖、多模光纖和第二單模光纖級聯而成，所述激光器輸出連接SMS光纖的一端的第一單模光纖，第二單模光纖與PIN管輸入連接，PIN管輸出與數據采集卡輸入連接，數據采集卡輸出連接信號處理器，所述信號處理器利用SMS光纖輸出光功率攜帶模間相對相位變化信息，獲得溫度測量值。2.根據權利要求1所述基于單模-多模-單模光纖模間干涉溫度測量裝置，其特征在于，所述SMS光纖由G.652標準單模光纖和5...
【專利技術屬性】
技術研發人員：黃澤鋏，王智，李強，徐雅芹，張凌云，史驥，
申請(專利權)人：北京交通大學，
類型：發明
國別省市：
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