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閉環(huán)反饋式無源波導(dǎo)微型溫度傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種閉環(huán)反饋式無源波導(dǎo)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(cè)電路和反饋回路；所述反饋回路包括依次連接的第二光電檢測(cè)電路、信號(hào)處理電路和光源驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明是無源裝置，可以應(yīng)用于強(qiáng)電磁場(chǎng)、易燃易爆等惡劣場(chǎng)所；另外，本發(fā)明基于干涉的原理實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的探測(cè)，靈敏度高；采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(huán)反饋式無源波導(dǎo)微型溫度傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖傳感和溫度檢測(cè)領(lǐng)域，尤其是用于易燃易爆或強(qiáng)電磁場(chǎng)等惡劣環(huán)境中溫度檢測(cè)的閉環(huán)反饋式無源波導(dǎo)微型溫度傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于諸如電力系統(tǒng)高壓強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境和石油、天燃?xì)夤艿馈⒚旱V等易燃易爆環(huán)境，對(duì)溫度的檢測(cè)非常的迫切。一旦溫度超過閾值，將對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全乃至國家的安全造成重大的破壞，因此急需進(jìn)行有效的溫度監(jiān)測(cè)。然而傳統(tǒng)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(lǐng)域工作，會(huì)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(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的溫度監(jiān)測(cè)。
[0003]針對(duì)上述問題，目前業(yè)界已提出了基于光纖的溫度傳感系統(tǒng)。由普通的通信光纖作為傳感器。當(dāng)外界施加在光纖上的物理量諸如應(yīng)力等發(fā)生變化的時(shí)候，通過光纖的光的各個(gè)參量如相位、振幅、頻率等將會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。通過監(jiān)測(cè)這些變化量即可探知外界的情況。目前，基于光纖的安全監(jiān)控系統(tǒng)主要采用了基于光纖光柵(FBG)的溫度傳感技術(shù)。FBG技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的較為成熟，但是該方案靈敏度較低，無法檢測(cè)出微小的溫度變化。為了提高測(cè)溫傳感器的靈敏度，并使其體積小、結(jié)構(gòu)緊湊和重量輕，業(yè)界開始采用Mach-Zehnder干涉儀作為測(cè)溫傳感器中的主要功能部件，但由于Mach-Zehnder干涉儀利用了兩路經(jīng)歷了完全不同路徑的光路，這兩個(gè)光路相位和偏振的任何不穩(wěn)定性都會(huì)導(dǎo)致Mach-Zehnder干涉儀不穩(wěn)定，因此這極大限制了 Mach-Zehnder干涉儀在實(shí)際工程當(dāng)中的應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:提供一種閉環(huán)反饋式無源波導(dǎo)微型溫度傳感器，以解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題。
[0005]技術(shù)方案:一種閉環(huán)反饋式無源波導(dǎo)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(cè)電路和反饋回路；所述反饋回路包括依次連接的第二光電檢測(cè)電路、信號(hào)處理電路和光源驅(qū)動(dòng)。
[0006]所述光源的光輸出端口與第一光纖稱合器的第一端口連接，所述第一光纖稱合器的第二端口和第三端口分別與第二光纖耦合器的第二端口、第三端口連接，且其中一路上設(shè)有受熱電極；所述第二光纖耦合器的第一端口與第三光纖耦合器的第一端口連接，所述第三光纖稱合器的第二端口和第三端口分別與第一光電檢測(cè)電路、第二光電檢測(cè)電路的第一端口連接，所述光源驅(qū)動(dòng)的輸出端口與光源的輸入端口連接。
[0007]利用閉環(huán)反饋方式補(bǔ)償Mach-Zehnder干涉儀非線性帶來的誤差，所述光源為DFB同軸封裝激光器。
[0008]有益效果:本發(fā)明是無源裝置，可以應(yīng)用于強(qiáng)電磁場(chǎng)、易燃易爆等惡劣場(chǎng)所?’另夕卜，本發(fā)明基于干涉的原理實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的探測(cè)，靈敏度高；采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(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0010]如圖1所不,本發(fā)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(shí)施例中，光源采用DFB同軸封裝激光器。光纖采用康寧公司的G652光纖。第一光電檢測(cè)電路I和第二光電檢測(cè)電路2由光電二極管、運(yùn)算放大器LF353以及相應(yīng)的電阻、電容元件組成。
[0011]光源I發(fā)出的光經(jīng)光源的光輸出端口 Ia送入第一光纖I禹合器2中的第一端口 2a中。光在第一光纖I禹合器2中一分為二,分別通過其第二端口 2b送入第二光纖I禹合器3的第二端口 3b和通過其第三端口 2c送入第二光纖耦合器3的第三端口 3c。其中一路上設(shè)有受熱電極。
[0012]光信號(hào)從第二光纖稱合器3的第一端口 3a輸出，送入第三光纖稱合器4的第一端口 4a。其中90%的光從第三光纖稱合器4的第二端口 4b輸出，最終通過光纖經(jīng)第一光電檢測(cè)電路5的輸入端口 5a送入第一光電檢測(cè)電路5。
[0013]另一部分10%的光信號(hào)通過第三光纖稱合器4的第三端口 4c輸出，送入第二光電檢測(cè)電路6的端口 6a。第二光電檢測(cè)電路將光功率信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào),并通過第二光電檢測(cè)電路6的電端口 6b經(jīng)信號(hào)處理電路7的輸入端7a端口送入信號(hào)處理電路7中。信號(hào)經(jīng)處理電路7處理后由其輸出端口 7b送入光源驅(qū)動(dòng)電路8的端口 8a中。光源驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)輸入的信號(hào)調(diào)整光源驅(qū)動(dòng)電流。電流信號(hào)經(jīng)光源驅(qū)動(dòng)電流8的輸出端口 Sb送入光源驅(qū)動(dòng)I輸入端口 lb。
[0014]當(dāng)受熱電極周圍的溫度發(fā)生變化時(shí)，經(jīng)過該位置光信號(hào)的相位將發(fā)生變化，采用Mach-Zehnder干涉儀將相位變化信息轉(zhuǎn)換為光功率信息，光電檢測(cè)電路將光功率信號(hào)轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)。因此，通過檢測(cè)光電檢測(cè)電路的輸出電壓信號(hào)，即可間接得知外界的溫度信息。
[0015]總之，本發(fā)明提出了基于閉環(huán)反饋原理的非線性補(bǔ)償方案，將Mach-Zehnder干涉儀輸出光信號(hào)中分離出一部分，經(jīng)過信號(hào)處理，控制光源驅(qū)動(dòng)電流，最終控制光源輸出光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)傳感器輸出光強(qiáng)與溫度之間的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0016]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種等同變換，這些等同變換均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0017]另外需要說明的是，在上述【具體實(shí)施方式】中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對(duì)各種可能的組合方式不再另行說明。
[0018]此外，本發(fā)明的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種閉環(huán)反饋式無源波導(dǎo)微型溫度傳感器，其特征在于，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(cè)電路(5)和反饋回路；所述反饋回路包括依次連接的第二光電檢測(cè)電路(6)、信號(hào)處理電路(7)和光源驅(qū)動(dòng)(8)。
2.如權(quán)利要求1所述的閉環(huán)反饋式無源波導(dǎo)微型溫度傳感器，其特征在于，所述光源(O的光輸出端口(Ia)與第一光纖稱合器的第一端口(2a)連接,所述第一光纖稱合器的第二端口( 2b )和第三端口( 2c )分別與第二光纖耦合器(3 )的第二端口( 3b )、第三端口( 3c )連接，且其中一路上設(shè)有受熱電極； 所述第二光纖耦合器(3)的第一端口與第三光纖耦合器(4)的第一端口(4a)連接，所述第三光纖稱合器(4)的第二端口(4b)和第三端口(4c)分別與第一光電檢測(cè)電路、第二光電檢測(cè)電路的第一端口(6a)連接， 所述光源驅(qū)動(dòng)的輸出端口(8b)與光源的輸入端口(Ib)連接。
3.如權(quán)利要求1所述的閉環(huán)反饋式無源波導(dǎo)微型溫度傳感器，其特征在于，利用閉環(huán)反饋方式補(bǔ)償Mach-Zehnder干涉儀非線性帶來的誤差,所述光源為DFB同軸封裝激光器。
【文檔編號(hào)】G01K11/32GK104198084SQ201410425898
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】胡鶴軒, 鄧路, 張曄 申請(qǐng)人:河海大學(xué)