閉環反饋式無源波導微型溫度傳感器的製造方法
2023-04-28 02:44:41
閉環反饋式無源波導微型溫度傳感器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種閉環反饋式無源波導微型溫度傳感器，包括光源、第一光纖耦合器、第二光纖耦合器、第三光纖耦合器、第一光電檢測電路和反饋迴路；所述反饋迴路包括依次連接的第二光電檢測電路、信號處理電路和光源驅動。本發明是無源裝置，可以應用於強電磁場、易燃易爆等惡劣場所；另外，本發明基於幹涉的原理實現對溫度的探測，靈敏度高；採用光纖與傳感器相連，無電無輻射且光纖成本極低。
【專利說明】閉環反饋式無源波導微型溫度傳感器
【技術領域】
[0001]本發明屬於光纖傳感和溫度檢測領域，尤其是用於易燃易爆或強電磁場等惡劣環境中溫度檢測的閉環反饋式無源波導微型溫度傳感器。
【背景技術】
[0002]對於諸如電力系統高壓強電磁場環境和石油、天燃氣管道、煤礦等易燃易爆環境，對溫度的檢測非常的迫切。一旦溫度超過閾值，將對人民的生命財產安全乃至國家的安全造成重大的破壞，因此急需進行有效的溫度監測。然而傳統的溫度傳感器多需提供外加電源方能工作，若在上述惡劣領域工作，會帶來很大的安全隱患。因此，迫切需要一種無源的溫度傳感器，實現對環境的溫度監測。
[0003]針對上述問題，目前業界已提出了基於光纖的溫度傳感系統。由普通的通信光纖作為傳感器。當外界施加在光纖上的物理量諸如應力等發生變化的時候，通過光纖的光的各個參量如相位、振幅、頻率等將會發生相應的變化。通過監測這些變化量即可探知外界的情況。目前，基於光纖的安全監控系統主要採用了基於光纖光柵(FBG)的溫度傳感技術。FBG技術已經發展的較為成熟，但是該方案靈敏度較低，無法檢測出微小的溫度變化。為了提高測溫傳感器的靈敏度，並使其體積小、結構緊湊和重量輕，業界開始採用Mach-Zehnder幹涉儀作為測溫傳感器中的主要功能部件，但由於Mach-Zehnder幹涉儀利用了兩路經歷了完全不同路徑的光路，這兩個光路相位和偏振的任何不穩定性都會導致Mach-Zehnder幹涉儀不穩定，因此這極大限制了 Mach-Zehnder幹涉儀在實際工程當中的應用。
【發明內容】
[0004]發明目的:提供一種閉環反饋式無源波導微型溫度傳感器，以解決現有技術的上述問題。
[0005]技術方案:一種閉環反饋式無源波導微型溫度傳感器，包括光源、第一光纖I禹合器、第二光纖耦合器、第三光纖耦合器、第一光電檢測電路和反饋迴路；所述反饋迴路包括依次連接的第二光電檢測電路、信號處理電路和光源驅動。
[0006]所述光源的光輸出埠與第一光纖稱合器的第一埠連接，所述第一光纖稱合器的第二埠和第三埠分別與第二光纖耦合器的第二埠、第三埠連接，且其中一路上設有受熱電極；所述第二光纖耦合器的第一埠與第三光纖耦合器的第一埠連接，所述第三光纖稱合器的第二埠和第三埠分別與第一光電檢測電路、第二光電檢測電路的第一埠連接，所述光源驅動的輸出埠與光源的輸入埠連接。
[0007]利用閉環反饋方式補償Mach-Zehnder幹涉儀非線性帶來的誤差，所述光源為DFB同軸封裝雷射器。
[0008]有益效果:本發明是無源裝置，可以應用於強電磁場、易燃易爆等惡劣場所?』另夕卜，本發明基於幹涉的原理實現對溫度的探測，靈敏度高；採用光纖與傳感器相連，無電無福射且光纖成本極低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1是本發明的結構原理圖。
【具體實施方式】
[0010]如圖1所不,本發明主要包括第一光纖f禹合器2,第二光纖f禹合器3,第三光纖f禹合器4是1X2光纖耦合器。在本實施例中，光源採用DFB同軸封裝雷射器。光纖採用康寧公司的G652光纖。第一光電檢測電路I和第二光電檢測電路2由光電二極體、運算放大器LF353以及相應的電阻、電容元件組成。
[0011]光源I發出的光經光源的光輸出埠 Ia送入第一光纖I禹合器2中的第一埠 2a中。光在第一光纖I禹合器2中一分為二,分別通過其第二埠 2b送入第二光纖I禹合器3的第二埠 3b和通過其第三埠 2c送入第二光纖耦合器3的第三埠 3c。其中一路上設有受熱電極。
[0012]光信號從第二光纖稱合器3的第一埠 3a輸出，送入第三光纖稱合器4的第一埠 4a。其中90%的光從第三光纖稱合器4的第二埠 4b輸出，最終通過光纖經第一光電檢測電路5的輸入埠 5a送入第一光電檢測電路5。
[0013]另一部分10%的光信號通過第三光纖稱合器4的第三埠 4c輸出，送入第二光電檢測電路6的埠 6a。第二光電檢測電路將光功率信號轉換為電壓信號,並通過第二光電檢測電路6的電埠 6b經信號處理電路7的輸入端7a埠送入信號處理電路7中。信號經處理電路7處理後由其輸出埠 7b送入光源驅動電路8的埠 8a中。光源驅動電路根據輸入的信號調整光源驅動電流。電流信號經光源驅動電流8的輸出埠 Sb送入光源驅動I輸入埠 lb。
[0014]當受熱電極周圍的溫度發生變化時，經過該位置光信號的相位將發生變化，採用Mach-Zehnder幹涉儀將相位變化信息轉換為光功率信息，光電檢測電路將光功率信號轉為電壓信號。因此，通過檢測光電檢測電路的輸出電壓信號，即可間接得知外界的溫度信息。
[0015]總之，本發明提出了基於閉環反饋原理的非線性補償方案，將Mach-Zehnder幹涉儀輸出光信號中分離出一部分，經過信號處理，控制光源驅動電流，最終控制光源輸出光信號，實現傳感器輸出光強與溫度之間的線性對應關係。
[0016]以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明並不限於上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思範圍內，可以對本發明的技術方案進行多種等同變換，這些等同變換均屬於本發明的保護範圍。
[0017]另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術特徵，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重複，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。
[0018]此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。
【權利要求】
1.一種閉環反饋式無源波導微型溫度傳感器，其特徵在於，包括光源(I )、第一光纖耦合器(2)、第二光纖耦合器(3)、第三光纖耦合器(4)、第一光電檢測電路(5)和反饋迴路；所述反饋迴路包括依次連接的第二光電檢測電路(6)、信號處理電路(7)和光源驅動(8)。
2.如權利要求1所述的閉環反饋式無源波導微型溫度傳感器，其特徵在於，所述光源(O的光輸出埠(Ia)與第一光纖稱合器的第一埠(2a)連接,所述第一光纖稱合器的第二埠( 2b )和第三埠( 2c )分別與第二光纖耦合器(3 )的第二埠( 3b )、第三埠( 3c )連接，且其中一路上設有受熱電極； 所述第二光纖耦合器(3)的第一埠與第三光纖耦合器(4)的第一埠(4a)連接，所述第三光纖稱合器(4)的第二埠(4b)和第三埠(4c)分別與第一光電檢測電路、第二光電檢測電路的第一埠(6a)連接， 所述光源驅動的輸出埠(8b)與光源的輸入埠(Ib)連接。
3.如權利要求1所述的閉環反饋式無源波導微型溫度傳感器，其特徵在於，利用閉環反饋方式補償Mach-Zehnder幹涉儀非線性帶來的誤差,所述光源為DFB同軸封裝雷射器。
【文檔編號】G01K11/32GK104198084SQ201410425898
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月26日 優先權日:2014年8月26日
【發明者】胡鶴軒, 鄧路, 張曄 申請人:河海大學