[实用新型]一种基于花生结构的反射式光纤高温传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及了一种光纤温度传感器，尤其涉及一种基于花生结构的反射式光纤高温传感器，属于光纤传感技术领域。

背景技术

温度是表征物体冷热程度的物理量，是在科学实验以及工业生产中必须加以严格控制的最重要的参数之一，因此对温度的测量特别是高温的测量具有重要的意义。光纤测温是20世纪70年代发展起来的一门新的测温技术。与其他种类的测温装置相比，光纤温度传感器具有电绝缘、抗电磁干扰、安全、灵敏度高等优点。目前，光纤温度传感器主要有基于单模光纤的Mach-Zehnder干涉，光纤Fabry-Perot干涉、FBG(Fiber Brag Grating)等。以上的各种传感器都存在一些缺点，例如FBG制作工艺繁琐，不能承受较高温度等等。在实际使用中有很大的局限性。

花生结构广泛应用于光纤传感系统中，花生结构是基于Mach-Zehnder干涉原理的光纤器件。利用这种光纤结构的光谱响应和环境响应特性可以制作诸如温度传感器、应变传感器、弯曲传感器等多种新型的光纤器件，并因为具有制作简单，灵敏度高，稳定性好等诸多优点而在光纤传感领域得到广泛应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是：为了解决用光纤测量高温的问题，提供了一种基于花生结构的反射式光纤高温传感器，该高温传感器具有制作简单、操作方便、灵敏度高、能实现900度高温测量等优点。

本实用新型为解决技术问题所采取的技术方案为：

一种基于花生结构的反射式光纤高温传感器，包括宽带光源、单模传输光纤、花生型高温传感头、2×1的耦合器以及光谱仪，其特征在于：光源装置输出端与2×1的耦合器2端口相连，2×1的耦合器的1端口通过单模传输光纤与花生结构相连，2×1的耦合器3端口与光谱仪输入端相连；光谱仪构成信号解调部分；所述花生型高温传感头由花生结构和单模反射光纤组成，其特征在于花生双球的半径为80μm-120μm，两球半径差为0-1μm；花生结构的长度为350μm-400μm；花生结构到反射端面的长度为1.5cm-3.5cm。

本实用新型的有益效果为：花生结构工艺简单，易于实现，成本低廉，方便操作，结构紧凑，能实现900度高温测量。

附图说明

图1为一种基于花生结构的反射式光纤高温传感器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及其实施实例对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型一种基于花生结构的反射式光纤高温传感器示意图。1为宽带光源；2为光谱仪；3为2×1的耦合器；4为单模传输光纤；5为花生型高温传感头；6为花生结构；7为反射端面。宽带光源1输出端与2×1的耦合器102端口相连，2×1的耦合器的101端口通过单模传输光纤4与花生型高温传感头5相连；所述的发射端面7充当反射镜，与花生结构6构成花生型高温传感头5；2×1的耦合器103端口与光谱仪2输入端相连；光谱仪2构成信号解调部分。

本实用新型的系统工作方式为：宽带光源1发出的光由2×1的耦合器3进入花生型高温传感头5，由于花生结构破坏了光纤内部全反射传输模式，激发出包层模，使经过花生结构6的光一部分在包层中进行传输，剩余部分在纤芯传输。两束光在发射端面7发生反射，进行反向传输，再次经过花生结构的时候，包层模被重新耦合回纤芯，构成一个回路，纤芯模经反射进行反向传输，构成第二个回路。温度变化引起包层模与纤芯模有效折射率差的变化，使得两束光路产生光程差，形成干涉条纹。随着温度的升高，干涉波谱会向长波方向移动。相位差可以表示为：

Δn_eff是包层模和纤芯模的有效折射率差，λ为光波长，L为花生结够模块5的长度，(1)式中，干涉极小的波长间隔为：

对(2)式进行微分，可得：

L₀是干涉长度，是室温下的有效折射率差，和分别是纤芯模和包层模的有效折射率，从公式(3)可以看出波长漂移量与温度成线性关系。利用光谱仪2可以测得干涉波谱的波谷波长，由于波长漂移量与温度成线性关系，获得波长即可获得测量温度。实验结果如表1。

表1干涉波长和温度的变化关系

温度从100℃上升到900℃，MZ干涉波长由1519.56nm变化到1591nm，变化量为71.44nm。从表中数据可以看出，温度与MZ干涉光波长成线性关系，灵敏度为0.103nm/℃。

基于花生结构的反射式光纤高温传感器装置的关键技术有：