专利名称：一种基于高双折射光子晶体光纤的温度传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光纤传感技术领域，涉及一种基于高双折射光子晶体光纤的温度传感器。
背景技术：
在工农业生产、控制和生物医学、食品卫生领域中，温度是非常重要的物理参数， 所以温度的检测至关重要，对于温度检测技术的研究、开发和革新有迫切需求。目前，温度测量最常用的是利用热敏电阻或者热电偶将温度信号转化成电信号，再由测得电流的变化得知温度的变化。如电力系统、航空航天、高温熔炉等测温环境具有大温度范围、高电压、大电流、强电磁干扰和空间狭小等特点，这就需要寻求温度范围大、可靠性好、绝缘性好、精度要求高、 抗电磁干扰、响应快、体积小的新型传感器。显然诸如热电偶等具有电特性的温度传感器不再适用，而基于光学原理的温度传感器恰恰具有上述特点，适用于电力系统、航空航天、高温熔炉等测温环境。光纤光栅温度传感器具有对电磁干扰不敏感，体积小，抗腐蚀等优点。但是在高温环境下(尤其是在400°C以上)，光纤光栅会被擦除，无法进行温度测量。用(X)2写入的长周期光纤光栅在高温环境下不会被擦除，因此长周期光纤光栅可以在高温环境下进行温度测量。但是这种长周期光纤光栅在高温环境下对温度的灵敏度较差，测得的结果精度低。另外，光纤光栅对于温度和其他物理量都是敏感的，当光纤光栅用于传感测量时，很难克服温度和其他物理量交叉敏感的问题。目前，FLM已被大量应用于波分复用滤波器和传感器中。在FLM中，两个反向传输的光波通过同一根光纤后发生干涉，由于经过的环境完全相同，因此FLM的抗干扰性比较好。然而，FLM在高温环境下也会出现温度和其他物理量交叉敏感的问题，从而影响了此类器件的应用。由于高双折射的光子晶体光纤(highly birefringent photonic crystal fiber, HiBi-PCF)只由一种物质构成，所以HiBi-PCF具有极高的温度稳定性。目前，基于 HiBi-PCF-FLM的传感器已有较广泛的应用，然而，对于基于高双折射光子晶体光纤的温度传感器还没有被人们注意，开发研究较少。在上述的研究中，现有技术无法解决温度传感器的安全可靠、大温度范围及精确测量的问题，大大降低温度传感器的实用价值。
发明内容本实用新型针对现有温度传感器无法保证安全可靠、大温度范围和精确测量温度，提出了一种基于高双折射光子晶体光纤的温度传感器。本实用新型解决技术问题所采取的技术方案为一种基于高双折射光子晶体光纤的温度传感器包括DFB激光器、3-dB耦合器、偏振控制器、HiBi-PCF、线性热膨胀材料和光功率计。3-dB耦合器一边的两个端口分别与DFB激光器以及光功率计光纤连接，3_dB耦合器另一边的两个端口分别与偏振控制器的一端以及HiBi-PCF的一端光纤连接，偏振控制器的另一端与HiBi-PCF的另一端光纤连接。一对完全相同的线性热膨胀材料分别固定在 HiBi-PCF的两端。3-dB耦合器、偏振控制器和HiBi-PCF构成FLM。本实用新型所具有的优点为采用高双折射光子晶体光纤的温度传感器可对温度进行精确测量，且解决了温度和其他物理量交叉敏感的问题，安全可靠。DFB激光器及光功率计的使用，取代了价格昂贵的宽带光源及光谱仪，使得成本大大降低。本实用新型测量温度范围大、精度高、可靠性好、绝缘性好、抗电磁干扰、响应快、体积小、结构简单、成本低，大大增强了温度传感器的实用性。
图示意了本实用新型的结构。1 =DFB激光器；2 :3_dB耦合器；3 偏振控制器；4 =HiBi-PCF ；5 =FLM ；6 线性热膨胀材料；7:光功率计。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进一步描述。如附图所示，一种基于高双折射光子晶体光纤的温度传感器包括DFB激光器1， 3-dB耦合器2，偏振控制器3，HiBi-PCF 4，FLM 5，线性热膨胀材料6和光功率计7。3-dB 耦合器2 —边的两个端口分别与DFB激光器1及光功率计7以光纤连接，3-dB耦合器2另一边的两个端口分别与偏振控制器3的一端及HiBi-PCF 4的一端光纤连接，偏振控制器3 的另一端与HiBi-PCF 4的另一端光纤连接。一对完全相同的线性热膨胀材料6分别固定在HiBi-PCF 4的两端。3-dB耦合器2，偏振控制器3和HiBi-PCF 4构成FLM 5。HiBi-PCF 光纤直径取lOOum。本实用新型基于以下原理入射光为宽带光时，由3-dB耦合器2分为两个反向传输的光信号分别从HiBi-PCF 4两端入射，其中由偏振控制器3控制光信号的偏振态。两束光经过HiBi-PCF 4后产生相位延迟δ，当它们重新入射3-dB耦合器2时发生相干，在FLM 5透射谱上表现为梳状滤波的特性。当有温度变化时，固定在HiBi-PCF 4 二端的线性热膨胀材料6就会形变产生轴向应力，这种轴向应力作用于HiBi-PCF 4传感头时，应力作用引起的弹光效应和HiBi-PCF 4的长度变化，改变了两束光的相位延迟δ，从而引起FLM 5谐振波谷的移动。DFB激光器1产生的DFB激光为窄带光，当以DFB激光作为入射光时，FLM 5谐振波谷的移动可通过检测DFB激光波长的光强度变化来反映，最终得到温度的变化量， 测得当前温度。本实用新型的具体工作过程为以DFB激光作为入射光，当有温度变化时，固定在HiBi-PCF 4 二端的线性热膨胀材料6就会形变产生轴向应力，这种轴向应力作用于 HiBi-PCF 4传感头上引起经过FLM 5谐振波谷的移动，从而DFB激光波长的光强度大小发生变化，使用光功率计7监测光强大小实现对温度变化的检测，测得当前温度。
权利要求1. 一种基于高双折射光子晶体光纤的温度传感器，其特征在于3_dB耦合器( 一边的两个端口分别与DFB激光器(1)以及光功率计(7)光纤连接，3-dB耦合器( 另一边的两个端口分别与偏振控制器(3)的一端以及HiBi-PCFG)的一端光纤连接；偏振控制器(3) 的另一端与HiBi-PCFG)的另一端光纤连接；一对完全相同的线性热膨胀材料(6)分别固定在HiBi-PCF(4)的两端；3-dB耦合器(2)，偏振控制器(3) ^P HiBi-PCF(4)构成FLM⑶。
专利摘要本实用新型涉及一种基于高双折射光子晶体光纤的温度传感器。3-dB耦合器(2)一边的两个端口分别与DFB激光器(1)和光功率计(7)光纤连接，另一边的两个端口分别与偏振控制器(3)的一端和HiBi-PCF(4)的一端光纤连接，偏振控制器(3)的另一端与HiBi-PCF(4)的另一端光纤连接。在HiBi-PCF(4)的两端固定一对相同的线性热膨胀材料(6)。温度变化时，线性热膨胀材料(6)形变，引起经过FLM(5)激光的谐振波谷移动，用光功率计(7)检测光强度的改变实现对温度变化的检测。本实用新型测量温度范围大、精度高、可靠性好、电绝缘、抗电磁干扰、响应快、体积小、成本低，大大增强了温度传感器的实用性。
文档编号G01K11/32GK202024836SQ20112010096
公开日2011年11月2日 申请日期2011年4月7日 优先权日2011年4月7日
发明者刘星, 梁璇 申请人:刘星, 梁璇