基于复合型微纳光纤谐振腔的高灵敏度温度传感器的制作方法

本发明涉及传感器的技术领域，具体涉及一种基于复合型微纳光纤谐振腔的高灵敏度温度传感器。

背景技术：

温度传感器是利用物质的物理性质随温度变化的规律，把温度转化为可用输出信号的器件，目前，温度传感器品种繁多，最常用的是热电阻、热电偶温度传感器，但这些传感器的响应信号为电信号，传感器响应受电磁场影响大，在强电磁场环境下，输出极不稳定，甚至无法工作，而光学温度传感器的响应信号为光信号，不受电磁场影响，因此其应用场所更为广泛，如光纤光栅温度传感器。

光学谐振腔是测温的良好响应元件，近年来，随着微纳光学的发展，也可利用微纳光纤构造光学谐振腔，但利用微纳光纤构造谐振腔时，光纤间交叉接触的光耦合效果差，因此，微纳光纤谐振腔的品质因数很小，导致其温度传感灵敏度低，难以应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服目前微纳光纤谐振腔温度传感器传感灵敏度低的问题，提出了一种基于复合型微纳光纤谐振腔的高灵敏度温度传感器。

本发明的目的是这样实现的：一种基于复合型微纳光纤谐振腔的高灵敏度温度传感器，包括光源、输入光纤、输出光纤、检测输出系统、第一光纤耦合区、第一光纤、第二光纤、第二光纤耦合区和第三光纤，所述的光源的光输出端连接输入光纤的光输入端，输入光纤的光输出端通过第一光纤耦合区的直通光纤连接第一光纤，第一光纤通过第二光纤耦合区的直通光纤连接第三光纤，第三光纤通过第一光纤耦合区的耦合光纤连接第二光纤，第二光纤通过第二光纤耦合区的耦合光纤连接输出光纤的光输入端，输出光纤的光输出端连接检测输出系统的光输入端，检测输出系统显示温度；

所述的第一光纤耦合区、第一光纤、第二光纤耦合区、第三光纤组成第一光纤谐振腔；

所述的第一光纤耦合区、第二光纤、第二光纤耦合区、第三光纤组成第二光纤谐振腔；

所述的第一光纤耦合区、第一光纤、第二光纤、第二光纤耦合区、第三光纤组成第三光纤谐振腔；第一、第二、第三光纤谐振腔的输出光特性均受温度影响；

当第一光纤耦合区的功率耦合系数接近1，且第二光纤耦合区的功率耦合系数接近0时，使谐振腔谐振频率附近的光在输出光纤处发生相消干涉，即产生非常低的透射率，并伴有大品质因数的透射谷，当环境温度变化时，光纤的折射率发生变化，透射谷的频率位置会移动，此时，透射谷的频率位置移动量与温度变化量成正比，通过检测透射谷的频率位置移动量，就得到温度变化量。

本发明还具有如下技术特征：

1、所述的第一光纤耦合区是由微纳光纤间的平行接触实现的，其功率耦合系数接近1，但不等于1；

2、所述的第二光纤耦合区是由微纳光纤间的交叉接触实现的，其功率耦合系数接近0，但不等于0；

3、所述的光源为宽频带光源，中心光波长为1550nm。

本发明构造复合型微纳光纤谐振腔，温度传感灵敏度高，避免了微纳光纤交叉接触耦合系数小所导致的谐振腔品质因数小、温度传感灵敏度低的问题。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图，

图2是图1中检测输出系统结构框图。

具体实施方式

下面根据说明书附图举例对本发明做进一步解释：

实施例1

如图1所示，一种基于复合型微纳光纤谐振腔的高灵敏度温度传感器，包括光源1、输入光纤2、第一光纤耦合区3、第一光纤4、第二光纤5、第二光纤耦合区6、第三光纤7、输出光纤8和检测输出系统9；

光源1的光输出端连接输入光纤2的光输入端，输入光纤2的光输出端通过第一光纤耦合区3的直通光纤连接第一光纤4，第一光纤4通过第二光纤耦合区6的直通光纤连接第三光纤7，第三光纤7通过第一光纤耦合区3的耦合光纤连接第二光纤5，第二光纤5通过第二光纤耦合区6的耦合光纤连接输出光纤8的光输入端，输出光纤8的光输出端连接检测输出系统9的光输入端，检测输出系统9显示温度；

所述第一光纤耦合区3是由微纳光纤间的平行接触实现的，其功率耦合系数接近1，但不等于1；

所述第二光纤耦合区6是由微纳光纤间的交叉接触实现的，其功率耦合系数接近0，但不等于0；

所述第一光纤耦合区3、第一光纤4、第二光纤耦合区6、第三光纤7组成第一光纤谐振腔；

所述第一光纤耦合区3、第二光纤5、第二光纤耦合区6、第三光纤7组成第二光纤谐振腔；所述第一光纤耦合区3、第一光纤4、第二光纤5、第二光纤耦合区6、第三光纤7组成第三光纤谐振腔；

所述光源1为宽频带光源，中心光波长为1550nm。

如图2所示，所述检测输出系统9由法珀标准具9-1、压电陶瓷9-2、电压信号源9-3、探测器9-4、采集电路9-5、比较输出电路9-6、显示器9-7组成；

输出光纤8的光输出端连接法珀标准具9-1的光输入端，法珀标准具9-1固定在压电陶瓷9-2上，电压信号源9-3的电信号输出端连接压电陶瓷9-2的电信号输入端，法珀标准具9-1光输出端连接探测器9-4的光输入端，探测器9-4的电信号输出端连接采集电路9-5的电信号输入端，采集电路9-5的电信号输出端连接比较输出电路9-6的电信号输入端，比较输出电路9-6的电信号输出端连接显示器9-7的电信号输入端，显示器9-7显示温度。

本实施例的工作原理：第一光纤耦合区3、第一光纤4、第二光纤耦合区6、第三光纤7组成第一光纤谐振腔；第一光纤耦合区3、第二光纤5、第二光纤耦合区6、第三光纤7组成第二光纤谐振腔；第一光纤耦合区3、第一光纤4、第二光纤5、第二光纤耦合区6、第三光纤7组成第三光纤谐振腔；光源1的输出光经输入光纤2进入第一光纤耦合区3，经第一光纤耦合区3的直通光纤、耦合光纤分别进入第一光纤4、第二光纤5，进入第一光纤4、第二光纤5的光经第二光纤耦合区6的直通光纤、耦合光纤分别进入第三光纤7、输出光纤8，进入第三光纤7的光经第一光纤耦合区3的直通光纤、耦合光纤分别进入第一光纤4、第二光纤5，第一、第二、第三光纤谐振腔的输出光均进入输出光纤8，并发生干涉，由于光纤谐振腔的谐振效应，光经过第一、第二、第三光纤谐振腔后，在谐振腔的谐振频率附近，光的相位剧烈变化，当第一光纤耦合区3的功率耦合系数接近1，且第二光纤耦合区6的功率耦合系数接近0时，可使谐振腔谐振频率附近的光在输出光纤8处发生相消干涉，即产生非常低的透射率，并伴有大品质因数的透射谷，当环境温度变化时，光纤的折射率发生变化，透射谷的频率位置会移动，此时，透射谷的频率位置移动量与温度变化量成正比，通过检测透射谷的频率位置移动量，就可得到温度变化量。

检测输出系统9的工作原理：输出光纤8输出的光信号进入法珀标准具9-1，法珀标准具9-1固定在压电陶瓷9-2上，电压信号源9-3产生三角波电压信号，此三角波电压信号加载到压电陶瓷9-2的电信号输入端，使压电陶瓷9-2在不同电压作用下产生伸缩形变，法珀标准具9-1随着压电陶瓷9-2产生伸缩形变，对于法珀标准具9-1的某一长度，只有特征频率的光才能通过法珀标准具9-1，这样当法珀标准具9-1连续产生伸缩形变时，法珀标准具9-1输出光的频率谱，法珀标准具9-1输出的光的频率谱被探测器9-4转变为电信号，采集电路9-5采集记录探测器9-4输出的电信号，并输出此电信号进入比较输出电路9-6，比较输出电路9-6获得此电信号的透射谷频率位置、透射谷频率位置的移动量，并计算得到温度变化量、温度值，同时比较输出电路9-6将温度值输出至显示器9-7，由显示器9-7显示温度。