發(fā)布時間：2020-12-11 10:13

　　提出了一種低成本的新型強度調(diào)制型光纖溫度傳感器。該傳感器主要由寬譜光源、三端口光環(huán)形器、光纖耦合器、偏振控制器、PMF光纖、光電探測器,以及信號處理單元組成。在較短的PMF光纖條件下,溫度變化會對PMF光纖雙折射產(chǎn)生直接影響,導致兩相干光束產(chǎn)生一定的相移變化,使經(jīng)過Sagnac環(huán)干涉后具有不同的透射光譜,即發(fā)生波長漂移。利用光電轉(zhuǎn)換和信號處理,將檢測到的光信號轉(zhuǎn)換為電壓信號,對其進行解算從而完成對溫度的檢測。在無需光譜分析儀的情況下,通過對Sagnac干涉儀的透射光譜進行信號處理,根據(jù)隨溫度的變化函數(shù)解算出測量溫度。在25～50.5℃的溫度范圍內(nèi)進行了實驗,測試結(jié)果表明該光纖溫度傳感器的靈敏度為0.066mW/℃,分辨率為0.34℃。 

【文章來源】：半導體光電. 2020年03期 第327-330+361頁 北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

基于保偏Sagnac環(huán)的光纖溫度傳感器設計方案

結(jié)合式（1)～(6）中的理論設計方法，假設外部溫度為35℃，PMF光纖的雙折射率B=5.5×10-4,L=65mm，波長范圍為1 450～1 650nm，利用數(shù)值仿真模擬，可得出Sagnac干涉儀的透射光譜及相鄰透射區(qū)域之間的間隔Δλ，其理論結(jié)果如圖2所示。接下來，在精度測試實驗中，本文使用了基于珀爾帖效應的熱電冷卻系統(tǒng)[12]，當溫度在25～50.5℃的范圍內(nèi)發(fā)生變化時，PMF光纖的截面容易受其影響。利用與傳感光纖相連的偏振控制器，可以對環(huán)路中的入射光束進行偏振選擇，以便將入射光分成左右旋圓偏振光導入Sagnac環(huán)并沿不同方向傳播。使用溫度傳感器對溫度進行測量以作為對照參考（溫度分辨率為0.10℃，Axiomet AX-5002）。此外，使用日本橫河AQ6370C光譜分析儀研究了Sagnac環(huán)結(jié)構(gòu)傳感器的透射光譜。圖3給出了溫度分別為-25,37.50和50.5℃下該傳感器的透射光譜。

對比分析圖2與圖3發(fā)現(xiàn)：Sagnac環(huán)結(jié)構(gòu)傳感器的透射光譜的理論仿真結(jié)果與實驗測試結(jié)果在定性規(guī)律上基本一致，且當溫度不同時，相應的透射光譜也不同，即寬帶光源的光譜會隨溫度變化而發(fā)生變化。進一步分析發(fā)現(xiàn)：溫度升高會引起Sagnac干涉儀的偏移，從而影響整個透射光譜的積分，這與公式（7）所得出的結(jié)論完全相符合。在本文研究的光譜中，相鄰波長的間隔約為75～80nm，溫度靈敏度約為1.4nm/℃，實驗中使用光功率計對該傳感器的精度進行了標定測試，圖4給出了在25～50.5℃內(nèi)，不同溫度值所對應的輸出光功率測量結(jié)果，其中每個溫度下的功率值均是多次測量結(jié)果的平均值。圖4 不同溫度下的光功率標定值及其擬合結(jié)果

【參考文獻】：
期刊論文
[1]保偏光纖轉(zhuǎn)軸熔接Sagnac干涉環(huán)的光學游標效應及溫度傳感器[J]. 趙春柳,丁振名,吳彬青.  光學精密工程. 2017(09)
[2]無源光網(wǎng)絡中突發(fā)光功率計校準方法的研究[J]. 孫小強,傅棟博,李然,周峰,張穎艷.  計量學報. 2016 (05)



本文編號：2910356