一种低成本透射光谱强度调制型光纤温度传感器

发布时间：2020-12-11 10:13

　　提出了一种低成本的新型强度调制型光纤温度传感器。该传感器主要由宽谱光源、三端口光环形器、光纤耦合器、偏振控制器、PMF光纤、光电探测器,以及信号处理单元组成。在较短的PMF光纤条件下,温度变化会对PMF光纤双折射产生直接影响,导致两相干光束产生一定的相移变化,使经过Sagnac环干涉后具有不同的透射光谱,即发生波长漂移。利用光电转换和信号处理,将检测到的光信号转换为电压信号,对其进行解算从而完成对温度的检测。在无需光谱分析仪的情况下,通过对Sagnac干涉仪的透射光谱进行信号处理,根据随温度的变化函数解算出测量温度。在25～50.5℃的温度范围内进行了实验,测试结果表明该光纤温度传感器的灵敏度为0.066mW/℃,分辨率为0.34℃。 

【文章来源】：半导体光电. 2020年03期 第327-330+361页 北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

基于保偏Sagnac环的光纤温度传感器设计方案

结合式（1)～(6）中的理论设计方法，假设外部温度为35℃，PMF光纤的双折射率B=5.5×10-4,L=65mm，波长范围为1 450～1 650nm，利用数值仿真模拟，可得出Sagnac干涉仪的透射光谱及相邻透射区域之间的间隔Δλ，其理论结果如图2所示。接下来，在精度测试实验中，本文使用了基于珀尔帖效应的热电冷却系统[12]，当温度在25～50.5℃的范围内发生变化时，PMF光纤的截面容易受其影响。利用与传感光纤相连的偏振控制器，可以对环路中的入射光束进行偏振选择，以便将入射光分成左右旋圆偏振光导入Sagnac环并沿不同方向传播。使用温度传感器对温度进行测量以作为对照参考（温度分辨率为0.10℃，Axiomet AX-5002）。此外，使用日本横河AQ6370C光谱分析仪研究了Sagnac环结构传感器的透射光谱。图3给出了温度分别为-25,37.50和50.5℃下该传感器的透射光谱。

对比分析图2与图3发现：Sagnac环结构传感器的透射光谱的理论仿真结果与实验测试结果在定性规律上基本一致，且当温度不同时，相应的透射光谱也不同，即宽带光源的光谱会随温度变化而发生变化。进一步分析发现：温度升高会引起Sagnac干涉仪的偏移，从而影响整个透射光谱的积分，这与公式（7）所得出的结论完全相符合。在本文研究的光谱中，相邻波长的间隔约为75～80nm，温度灵敏度约为1.4nm/℃，实验中使用光功率计对该传感器的精度进行了标定测试，图4给出了在25～50.5℃内，不同温度值所对应的输出光功率测量结果，其中每个温度下的功率值均是多次测量结果的平均值。图4 不同温度下的光功率标定值及其拟合结果

【参考文献】：
期刊论文
[1]保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环的光学游标效应及温度传感器[J]. 赵春柳,丁振名,吴彬青.  光学精密工程. 2017(09)
[2]无源光网络中突发光功率计校准方法的研究[J]. 孙小强,傅栋博,李然,周峰,张颖艳.  计量学报. 2016 (05)



本文编号：2910356