[发明专利]基于光纤辐射致衰减温度特性的多点测量温度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于光纤辐射致衰减温度特性的多点测量温度传感器，属于光纤传感器技术领域。

背景技术

温度场的分布测量在现代工业系统和工程应用中占有重要地位。典型的分布式光纤温度传感器，能够在整个连续的光纤长度上以连续函数形式测量出光纤长度变化上各点的温度值。目前光纤布拉格光栅（FBG）温度传感器是现在应用最广泛的分布式温度传感器之一。

光纤布拉格光栅温度传感器是通过精密工艺在光纤中进行雕刻，使光纤内的折射率成周期性分布，形成光纤布拉格光栅（FBG）。当外界因素变化时，光纤光栅的有效折射率和光栅常数会发生变化，从而导致FBG特征波长的变化，因此光纤光栅温度传感器是利用布拉格波长对温度的敏感特性而制成的一种光纤传感器。但光纤布拉格光栅温度传感器采用波长调制，导致解调系统复杂，以及容易引起温度-应力交叉感应的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的光纤温度传感器存在的制造工艺较复杂、信号解调系统辐照、测量的稳定性较差等技术问题，提出一种基于光纤辐射致衰减温度特性的多点测量温度传感器。通过采用基于光纤辐射致衰减温度特性的多点测量温度传感器能够同时监测被测系统的多个测量点的温度变化，并且可以准确地分辨出每一个测量点的温度。并在此基础上可以通过控制光开关在各个测量光路间切换以实现传感器的时分复用。

基于光纤辐射致衰减温度特性的多点测量温度传感器，包括光源、光分路器、N条参考光路通道、N条测量通道、敏感光纤传感头、双通道光功率计、计算机；

光源发出光信号，光信号输入至光分路器，光分路器将光信号进行分光，分成强度相等的2N束，其中N束光依次输入至N条参考光路通道，N束光依次输入至N条测量通道，参考光路通道采用通信光纤，每个测量通道包括通信光纤和敏感光纤传感头，敏感光纤传感头由经过辐射处理的敏感光纤和用于缠绕、固定敏感光纤的金属装置组成，敏感光纤传感头两端用通信光纤熔接。一条参考光路通道和一条测量通道作为一个测试组，一个测试组内，测量通道和参考光路通道的长度相同，经过的空间位置一致，在测量通道内的敏感光纤传感头处，参考通道的通信光纤从旁路通过，一个测试组中两束光分别输入至双通道光功率计的两个通道内，每个双通道光功率计获取一个测试组的测量通道内测量光路和参考光路通道内参考光路的输出光功率，双通道光功率计与计算机连接，双通道光功率计将其采集到的输出光功率输出至计算机，计算机对输出光功率进行采集、存储、处理和显示，将处理的结果以温度的形式显示出来。

基于光纤辐射致衰减温度特性的多点测量温度传感器，包括光源、光分路器、1条参考光路通道、N条测量通道、敏感光纤传感头、双通道光功率计、计算机；

光源发出光信号，光信号输入至光分路器，光分路器将光信号进行分光，分成强度相等的N+1束，其中1束光输入至1条参考光路通道，N束光依次输入至N条测量通道，参考光路通道采用通信光纤，包括通信光纤和敏感光纤传感头，敏感光纤传感头由经过辐射处理的敏感光纤和用于缠绕、固定敏感光纤的金属装置组成，敏感光纤传感头两端用通信光纤熔接。N条测量通道和1条参考光路通道分别输入至双通道光功率计的通道内，双通道光功率计获取测量通道内测量光路和参考光路通道内参考光路的输出光功率，双通道光功率计与计算机连接，双通道光功率计将其采集到的输出光功率输出至计算机，计算机对输出光功率进行采集、存储、处理和显示，将处理的结果以温度的形式显示出来。

本发明的优点在于：

（1）能够同时监测被测系统的多个测量点的温度变化，并且可以准确地分辨出每一个测量点的温度；

（2）可以通过控制光开关在各个测量光路间切换以实现传感器的时分复用；

（3）本发明是利用辐射导致的光纤中色心对光吸收的温度敏感性进行传感，而色心光吸收本质上不受应力等其他因素影响，具有很强的抗干扰能力；

（4）可以通过增加辐射剂量和光纤长度等方法使光纤中的色心数目增加，进而实现高精度。

附图说明

图1是本发明第一种方案的结构示意图；

图2是本发明敏感光纤传感头的制作过程示意图；

图3是本发明第二种方案的结构示意图；

图4是本发明第三种方案的结构示意图。

图中：

1—光源            2—光分路器            3—测量通道

4—敏感光纤传感头  5—双通道光功率计      6—计算机

7—参考光路通道    8—光开关