[发明专利]网络化结构的光纤渐逝波温度传感器

说明书

技术领域：

本发明述及一种网络化结构的光纤渐逝波温度传感器，属光学纤维及传感器技术领域。

背景技术：

温度是最重要的三大测量参数(应力、温度、压力/声学)之一。在光纤传感器家族，被测参数分布约为：应力占23％，温度占17.2％，压力/声学占15.2％。全球每年所需的温度传感器和系统约几百亿美元，其中，光纤温度传感器约占9％左右。据美国Frost Sullivan公司的预测：今后几年光纤传感器将以17％～20％的速度增长。光纤温度传感器，它不仅用于正常的温度测量，更重要的是它可应用于某些特殊或恶劣场合，如高压、强电磁、核辐射、爆炸、侵蚀等，在这些场合电温度传感器是无法使用的，而解决这些难题会带来巨大的经济与社会效益。在我国，随着能源问题的日趋严重，电力工业改造、石油工业稳产高产、和平利用核能等这些重要的能源领域，使用性能可靠、灵敏度高、体积小巧、价格低廉的网络化光纤温度传感器是必不可少的，也是电类温度传感器所无法替代的。

目前的光纤温度传感器种类较多，国内外的技术发展状况主要表现在以下几个方面：半导体吸收式；喇曼散射分布式；法布里-珀罗干涉式；双折射效应式；布拉格光纤光栅式，尽管这些传感器有些已得到应用，但在灵敏度、分辨率、实用性、成本等方面，还有待进一步改进和完善，如半导体吸收式，分辨率和稳定性需要进一步提高；喇曼散射式，检测的信号弱，需要高成本的光源、探测器以及高性能的信号处理单元；法布里-珀罗干涉式，环境影响是一个有待提高的环节；双折射效应式，实用性还需要进一步研究；布拉格光纤光栅式，波长解调存在结构复杂、成本高的问题。因此，这就期待着新型的光纤温度传感器及网络化传感技术的出现，从而在性能和稳定性上有新的提高，在成本上有大的下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种网络化结构的光纤渐逝波温度传感器，使光纤温度传感器具有结构简单，抗干扰能力强，灵敏度高，制造容易，成本低，适用于要求多点温度精确测量和控制场合的优点。

为达到上述目的，本发明的构思是：

一个性能良好的光纤温度传感器应具有结构简单、实用、温度分辨率和灵敏度高等特点，这也是温度传感器实现的难点问题。本发明从传感器的网络结构和信号处理入手，发明了一种新型的网络化结构的光纤渐逝波温度传感器，旨在解决上述提出的难点问题。它基于光波耦合理论和光纤的渐逝波理论，利用熔锥型传感用1×2光纤耦合器件作为温度传感头，从而得到具有耦合效应的渐逝波。当包围耦合器传感头锥区的温度变化时，耦合器锥区的渐逝波因包层介质的温变特性改变熔锥锥区光纤耦合器的耦合效应，从而使耦合器的耦合分光可见度发生变化，这样检测耦合分光可见度就能得到对应的温度参数。由于利用耦合原理，测试的输出信号是耦合分光可见度，所以它与光路的光强变化无关，有很强的抗干扰能力；由于耦合分光可见度有高灵敏度，所以该传感器也有很高的测试灵敏度。为了实现传感器的多点温度测量，本发明采用梳状的网络化的结构设计，使网络结构的性能、成本及复杂度达到最佳的方式。设计结构中首先采用1×N光纤耦合器连接光源使其把光源信号均等地分布于各个传感组，每个组有三个传感头采用梳状两级级联的方式构成，即第一个传感头的两个输出端分别级联另外两个温度传感头，实现传感头的两级连接，这样既避免了所有传感头并行连接，探测器使用过多、线路过长的复杂和浪费情况；又避免了级联级数太多，后级传感头信号偏离的情况。

根据上述构思，本发明采用下述技术方案：