一种双干涉结构的光纤温度传感教学实验装置的制作方法

本实用新型涉及温度传感类教学仪器技术领域，具体涉及一种双干涉结构的光纤温度传感教学实验装置。

背景技术：

光纤传感技术始于上世纪七十年代，是伴随光纤通信技术发展而来的，该传感技术是将外部待测信号转化成光纤中传输光波的特征参量的变化，这种检测实际上是外界信号对光纤中传输光波的实时调制。由于光纤的固有特性，使其在一定条件下特别容易受到被测量或场的加载，是一种性能优良的敏感元件，具有体积小、重量轻、抗电磁干扰能力强、抗腐蚀性强等优点。因此，光纤传感技术一经问世便在国防、军事、航空航天、工程技术、医疗卫生等领域得到了广泛的研究与应用。现已成为对国家信息化程度衡量的一个重要标志。

在众多类型的光纤传感装置中，基于光干涉原理的光纤传感器原理与结构相对简单，是大学生学习掌握光纤传感技术的基础。常见的光干涉包括：马赫-曾德干涉、迈克尔逊干涉、塞格纳克干涉和法布里波罗干涉。其中，在光纤传感中常用的干涉形式为马赫-曾德干涉和迈克尔逊干涉。课本中学习光纤传感器内容相对枯燥，不利于学生对传感器原理的深入理解。因此，有必要加入相关实验课程。

传统基于光干涉原理的光纤传感教学实验仪器功能相对单一，每套实验仪器只能实现对一种干涉类型进行实验，这样会增大实验仪器的资金投入，同时也不利于学生对各种干涉传感内容的比较学习。因此，有必要将光纤传感中常用的干涉原理结合于同一实验装置中，设计出一种能够实现多种干涉结构的光纤传感教学实验仪器。

技术实现要素：

本实用新型的实施实例提供了一种双干涉结构的光纤温度传感教学实验装置，是为了解决现有基于光干涉原理的光纤传感器功能单一、操作复杂、直观性差、成本高昂的问题。

为达上述目的，本实用新型实施实例采用如下技术方案：

提供了一种双干涉结构的光纤温度传感教学实验装置，该光纤温度传感教学实验装置包括透明塑料外壳（1）、温度加热装置（2）、光输入端口（3）、一号光输出端口（4）、二号光输出端口（5）；

所述的透明塑料外壳（1）为立方体结构，其内包含有一号单模光纤（6）、一号光纤耦合器（7）、二号单模光纤（8）、三号单模光纤（9）、一号光路控制开关（10）、二号光纤耦合器（11）、二号光路控制开关（12）、四号单模光纤（13）、光隔离器（14）、五号单模光纤（15）、三号光纤耦合器（16）、六号单模光纤（17）、一号光纤反射镜（18）、七号单模光纤（19）、二号光纤反射镜（20）、八号单模光纤（21）、九号单模光纤（22）；

一号单模光纤（6）一端与光输入端口（3）相连另一端与一号光纤耦合器（7）相连，二号单模光纤（8）一端与一号光纤耦合器（7）相连另一端与二号光纤耦合器（11）相连，三号单模光纤（9）一端与一号光纤耦合器（7）相连另一端与一号光路控制开关（10）相连，二号光纤耦合器（11）的一侧分别与二号单模光纤（8）和一号光路控制开关（10）相连另一侧分别与二号光路控制开关（12）和八号单模光纤（21）相连，四号单模光纤（13）一端与二号光路控制开关（12）相连另一端与光隔离器（14）相连，五号单模光纤（15）一端与光隔离器（14）相连另一端与九号单模光纤（22）共同连接于三号光纤耦合器（16）的一端，三号光纤耦合器（16）的另一端分别连接六号单模光纤（17）和七号单模光纤（19），六号单模光纤（17）和七号单模光纤（19）的另一端分别连接一号光纤反射镜（18）和二号光纤反射镜（20）。

所述的透明塑料外壳（1）的上表面在一号光路控制开关（10）和二号光路控制开关（12）处带有小孔。

所述的温度加热装置（2）密封在透明塑料外壳（1）内部，且为水浴加热形式，可对在其内部的三号单模光纤（9）部分和六号单模光纤（17）部分进行均匀加热，温度加热装置（2）同时带有温度传感器和温度显示屏。

所述的光输入端口（3）、一号光输出端口（4）、二号光输出端口（5）分布于透明塑料外壳（1）的外部并且均可与普通单模光纤跳线进行连接。

所述的一号光纤耦合器（7）带有三端口，其一侧的耦合比为1:1，二号光纤耦合器（11）和三号光纤耦合器（16）均带有四端口，且同一侧的耦合比均为1:1。

所述的一号光路控制开关（10）与二号光路控制开关（12）可通过旋转控制光路的通断，且由普通单模光纤跳线连接器和法兰构成，该处法兰外部带有卡扣，可保证在旋转开关时法兰与普通单模光纤连接器不脱离。

所述的三号单模光纤（9）的长度比二号单模光纤（8）的长度长3mm，六号单模光纤（17）的长度比七号单模光纤（19）的长度长3mm。

所述的二号单模光纤（8）、三号单模光纤（9）非传感部分、八号单模光纤（21）外部的塑料保护层为同一种颜色，四号单模光纤（13）、五号单模光纤（15）、六号单模光纤（17）非传感部分、七号单模光纤（19）、九号单模光纤（22）外部的塑料保护层为另外一种颜色。

处于所述透明塑料外壳（1）内部的所有光路器件均固定于透明塑料外壳（1）的底板上。

本实用新型提供了一种双干涉结构的光纤温度传感教学实验装置，该光纤温度传感教学实验装置改善了现有基于光干涉原理的光纤传感器功能单一、操作复杂、直观性差、成本高昂的问题。

本实用新型的有益效果是：本实用新型将光纤传感中常用的两种干涉：基于马赫-曾德干涉与基于迈克尔逊干涉的光纤传感器集成于同一实验装置。通过一个光纤耦合器和两个成本低廉的光路控制开关连接两个干涉光路，利用一套实验教学设备实现两种干涉的光纤传感原理的学习，集成度高，大大降低了实验设备的投入成本，同时便于学生对两种干涉传感进行比较学习，加深对其相关内容的了解和掌握。该教学实验设备外壳采用透明材料制作，可使实验学生直观清晰地看到内部光路。两个干涉传感器通过不同颜色的光纤塑料保护层加以区分，便于比较两种传感光路的结构差异。通过光输入端口连接光源一号光输出端口及二号光输出端口连接光谱仪可降低实验设备对光源和光谱仪等相关器件的投入，增加原有设备的利用效率。温度加热装置带有温度显示屏，可实时得到温度与光谱变化的对应关系。该教学实验设备具有集成度高、操作简单、直观清晰、制作成本低廉等优点。

附图说明

图1为一种双干涉结构的光纤温度传感教学实验装置结构；

图2为装置俯视光路结构。

具体实施方式

下面结合说明书附图进一步说明本实用新型的具体实施方式。

如图1，本实施方式所述的一种双干涉结构的光纤温度传感教学实验装置，它包括透明塑料外壳（1）、温度加热装置（2）、光输入端口（3）、一号光输出端口（4）、二号光输出端口（5）；

如图2，所述的透明塑料外壳（1）内包含有一号单模光纤（6）、一号光纤耦合器（7）、二号单模光纤（8）、三号单模光纤（9）、一号光路控制开关（10）、二号光纤耦合器（11）、二号光路控制开关（12）、四号单模光纤（13）、光隔离器（14）、五号单模光纤（15）、三号光纤耦合器（16）、六号单模光纤（17）、一号光纤反射镜（18）、七号单模光纤（19）、二号光纤反射镜（20）、八号单模光纤（21）、九号单模光纤（22）；

一号单模光纤（6）一端与光输入端口（3）相连另一端与一号光纤耦合器（7）相连，二号单模光纤（8）一端与一号光纤耦合器（7）相连另一端与二号光纤耦合器（11）相连，三号单模光纤（9）一端与一号光纤耦合器（7）相连另一端与一号光路控制开关（10）相连，二号光纤耦合器（11）的一侧分别与二号单模光纤（8）和一号光路控制开关（10）相连另一侧分别与二号光路控制开关（12）和八号单模光纤（21）相连，四号单模光纤（13）一端与二号光路控制开关（12）相连另一端与光隔离器（14）相连，五号单模光纤（15）一端与光隔离器（14）相连另一端与九号单模光纤（22）共同连接于三号光纤耦合器（16）的一端，三号光纤耦合器（16）的另一端分别连接六号单模光纤（17）和七号单模光纤（19），六号单模光纤（17）和七号单模光纤（19）的另一端分别连接一号光纤反射镜（18）和二号光纤反射镜（20）。

所述的透明塑料外壳（1）的上表面在一号光路控制开关（10）和二号光路控制开关（12）处带有小孔。

所述的温度加热装置（2）密封在透明塑料外壳（1）内部，且为水浴加热形式，可对在其内部的三号单模光纤（9）部分和六号单模光纤（17）部分进行均匀加热，温度加热装置（2）同时带有温度传感器和温度显示屏。

所述的光输入端口（3）、一号光输出端口（4）、二号光输出端口（5）分布于透明塑料外壳（1）的外部并且均可与普通单模光纤跳线进行连接。

所述的一号光纤耦合器（7）带有三端口，其一侧的耦合比为1:1，二号光纤耦合器（11）和三号光纤耦合器（16）均带有四端口，且同一侧的耦合比均为1:1。

所述的一号光路控制开关（10）与二号光路控制开关（12）可通过旋转控制光路的通断，且由普通单模光纤跳线连接器和法兰构成，该处法兰外部带有卡扣，可保证在旋转开关时法兰与普通单模光纤连接器不脱离。

所述的三号单模光纤（9）的长度比二号单模光纤（8）的长度长3mm，六号单模光纤（17）的长度比七号单模光纤（19）的长度长3mm。

所述的二号单模光纤（8）、三号单模光纤（9）非传感部分、八号单模光纤（21）外部的塑料保护层为同一种颜色，四号单模光纤（13）、五号单模光纤（15）、六号单模光纤（17）非传感部分、七号单模光纤（19）、九号单模光纤（22）外部的塑料保护层为另外一种颜色。

处于所述透明塑料外壳（1）内部的所有光路器件均固定于透明塑料外壳（1）的底板上。

在使用时，先将光源连接至光输入端口，在做马赫-曾德干涉传感实验时，连通一号光路控制开关，断开二号光路控制开关，将示波器连接一号光输出端口。打开光源与示波器开光并打开温度加热装置开关即可实现马赫-曾德干涉光纤传感器的温度传感。在做迈克尔逊干涉传感实验时，连通二号光路控制开关，断开一号光路控制开关，将示波器连接二号光输出端口。打开光源与示波器开光并打开温度加热装置开关即可实现迈克尔逊干涉光纤传感器的温度传感。

工作原理：

双干涉结构的光纤温度传感教学实验装置：

工作过程：在搭建好光路后，光源发出的光信号经一号单模光纤到达一号光纤耦合器。在连通一号光路控制开关关闭二号光路控制开关时，经过一号光纤耦合器后光被成两束，分别进入二号单模光纤和三号单模光纤。二号单模光纤作为马赫-曾德干涉传感器的参考臂三号单模光纤作为马赫-曾德干涉传感器的测量臂可对加热装置中的水温进行测量。两路光信号在二号耦合器内相遇并发生干涉，通过八号单模光纤传输该干涉光至外接光谱仪可实现对该干涉光的解调。在连通二号光路控制开关关闭一号光路控制开关时，光信号直接经二号单模光纤、二号光纤耦合器、光隔离器到达三号光纤耦合器，经三号光纤耦合器后光被分成两束，其中一束进入六号单模光纤即迈克尔逊干涉传感器的测量臂，另一束进入七号单模光纤即迈克尔逊干涉传感器的参考臂。这两束光分别经一号光纤反射镜和二号光纤反射镜反射，再次到达三号光纤耦合器时发生干涉。干涉光通过八号单模光纤传输至光谱仪进行传输光信号的解调。