[发明专利]基于游标效应的级联干涉仪光纤温度传感器

说明书

本发明属于传感技术领域中的光纤温度传感器，具体涉及一种基于游标效应的级联干涉仪光纤温度传感器，包括泵浦源、波分复用器、掺铒光纤、光隔离器、光纤Sagnac干涉仪、M‑Z干涉仪和光谱仪；泵浦源输出的泵浦光经波分复用器后输入掺铒光纤，经掺铒光纤放大后成为宽谱光源，宽谱光源经过光隔离器再依次通过光纤Sagnac干涉仪和M‑Z干涉仪，经两次滤波后形成带有包络的激光信号，光谱仪显示输出的光谱。本发明采用掺铒光纤作为增益介质，光隔离器确保光的传输方向，光纤Sagnac干涉仪用于滤波和传感，M‑Z干涉仪只用于滤波，两个不同的干涉仪自由光谱范围相近但不相等，利用其游标效应实现温度灵敏度的放大。相比于现有光纤传感器，其温度传感的灵敏度更大。

技术领域

本发明属于光传感技术领域，具体涉及一种基于游标效应的级联干涉仪光纤温度传感器。

背景技术

光纤传感器有抗电磁干扰、灵敏度高、耐腐蚀且价格低廉等优势，相比于传统的电学式传感器，光纤从传感器更适用于大多数恶劣的环境。在光纤传感器中，用于温度监测的光纤温度传感器是最早开发也是应用最多的一类传感器，且经过几十年的发展，各种基于不同原理的光纤温度传感结构相继被提出，如基于光散射效应的分布式光纤温度传感器、光纤光栅传感器以及干涉型光纤传感器等，其中分布式光纤传感器适用于长距离传感，光纤光栅传感器的传感灵敏度相对较低，而基于光干涉效应的干涉型光纤传感在小范围、高灵敏度的应用中显然是更好的选择。

干涉型光纤传感主要有基于马赫增德尔干涉仪(MZI)、法布里珀罗干涉仪(FPI)和光纤Sagnac干涉仪(FSI)的光纤传感器，但是此类单个干涉仪的传感结构，虽然其灵敏度高于光纤光栅传感器，但有时无法达到更高灵敏度应用的需求。

发明内容

基于现有技术存在的上述不足，本发明提供了一种基于游标效应的级联干涉仪光纤温度传感器。

为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

基于游标效应的级联干涉仪光纤温度传感器，包括泵浦源、波分复用器、掺铒光纤、光隔离器、光纤Sagnac干涉仪、M-Z干涉仪和光谱仪；泵浦源输出的泵浦光源经波分复用器后输入掺铒光纤，经掺铒光纤放大后成为宽谱光源，宽谱光源经过光纤隔离器再依次通过光纤Sagnac干涉仪和M-Z干涉仪，经两次滤波后在光谱仪中输出带有包络的光谱信号。

本发明采用掺铒光纤作为增益介质，光隔离器确保光的传输方向，光纤Sagnac干涉仪用于滤波和传感，M-Z干涉仪只用于滤波，两个不同的干涉仪自由光谱范围相近但不相等，利用其游标效应实现温度灵敏度的放大。相比于现有的光纤传感器，其温度传感的灵敏度更大。

作为优选方案，所述光纤Sagnac干涉仪包括保偏光纤和第一光耦合器。

作为优选方案，所述的M-Z干涉仪包括第二光耦合器和第三光耦合器。

作为优选方案，所述泵浦源与波分复用器输入端口连接，波分复用器输出端口与掺铒光纤的一端连接，掺铒光纤的另一端与光隔离器的输入端连接，光隔离器的输出端与第一光耦合器的第一端口连接第一光耦合器的第三端口与保偏光纤的一端连接，保偏光纤的另一端与第一光耦合器的第四端口连接，第一光耦合器的第二端口与第二光耦合器的第一端口连接，第二光耦合器的第二和第三端口分别于第三光耦合器的第二和第三端口连接，第三光耦合器的第一端口与光谱仪连接。

作为优选方案，所述掺铒光纤的增益范围为1530～1570nm。

作为优选方案，所述第一光耦合器的四个端口均为50％分光比，工作范围为1530～1580nm。

作为优选方案，所述保偏光纤为熊猫型保偏光纤，拍长为3.8mm，长度为6.6m，工作范围为1530～1580nm。

作为优选方案，所述第二光耦合器第二端口分光比为50％，第三端口分光比为50％，工作范围为1530～1580nm。