基于双孔光纤的温度传感器

技术特征：
1.一种基于双孔光纤的温度传感器，包括：光源、光纤环形器、光谱仪以及光纤传感头；所述光纤环形器的第一端口与所述光源光连接，所述光纤环形器的第二端口与所述光纤传感头光连接，所述光纤环形器的第三端口与所述光谱仪光连接，其特征在于，所述光纤传感头包括：单模光纤，包括第一纤芯和包裹所述第一纤芯的第一包层；双孔光纤，包括第二纤芯和包裹所述第二纤芯的第二包层，其中，在所述第二包层内设置有沿所述双孔光纤轴向延伸的第一圆孔和第二圆孔，且所述第一圆孔和第二圆孔对称地分布于所述第二纤芯两侧；渐变折射率光纤，所述渐变折射率光纤的入射端与所述单模光纤的出射端对心连接；用于将所述单模光纤的入射光转化为平行光入射到所述双孔光纤，以及将所述双孔光纤返回的平行光汇聚到所述单模光纤；其中，所述第二圆孔沿所述双孔光纤轴向延伸的预设长度范围内填充热敏结构，所述热敏结构靠近所述渐变折射率光纤出射端一侧设置；所述双孔光纤的入射端与所述渐变折射率光纤的出射端错位连接，且所述第一圆孔、第二纤芯和第二圆孔的入射端均位于所述渐变折射率光纤出射端径向范围内。2.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述双孔光纤的入射端与所述渐变折射率光纤的出射端错位连接的错位量为20-40微米。3.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述单模光纤的直径为125微米，第一纤芯直径为8-10微米；所述双孔光纤的直径为125微米；所述渐变折射率光纤的直径为125微米。4.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，光束一与与光束三构成第一迈克耳孙干涉计，以及光束二与光束三构成第二迈克耳孙干涉计，其中，所述光束一为所述第一圆孔中的光束反射后经渐变折射率光纤进入单模光纤的光束，所述光束二为所述第二纤芯中的光束反射后经渐变折射率光纤进入单模光纤的光束，所述光束三为所述第二圆孔中的光束反射后经渐变折射率光纤进入单模光纤的光束；所述第一迈克耳孙干涉计的温度灵敏度s1和第二迈克耳孙干涉计的温度灵敏度s2满足如下关系：如下关系：其中，λ
m
为入射光峰值波长，α1和β1分别为热敏结构的热膨胀系数和热光系数，α2和β2分别为所述第二纤芯的热膨胀系数和热光系数，l1为热敏结构的长度，l2为不包含热敏结构的第二圆孔的长度，n1和n2分别为热敏结构和所述第二纤芯的折射率，t为环境温度。5.根据权利要求4所述的温度传感器，其特征在于，所述第一迈克耳孙干涉计与所述第二迈克耳孙干涉计构成并联结构，所述并联结构形成干涉谱包络，所述干涉谱包络满足如下关系：
其中，λ为入射光波长，为干涉谱包络，e为干涉谱包络振幅，m为游标效应的放大因子。6.根据权利要求4所述的温度传感器，其特征在于，所述光纤传感头的温度灵敏度满足如下关系：其中，s
en
为温度灵敏度，m为游标效应的放大因子，s1为第一迈克耳孙干涉计的温度灵敏度，s2为第二迈克耳孙干涉计的温度灵敏度。7.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述热敏结构的材料为聚二甲基硅氧烷，所述第二纤芯的材料为石英。8.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述热敏结构内的光程为δ1，所述第二纤芯内的光程为δ2，δ1与δ2之间满足：0.45≤δ1:δ2≤0.49或0.51≤δ1:δ2≤0.55。9.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述热敏结构沿所述第二圆孔轴向的长度为所述第二圆孔沿轴向长度的一半。

技术总结
本发明涉及光纤传感器技术领域，本发明提供一种基于双孔光纤的温度传感器，包括：光源、光纤环形器、光谱仪以及光纤传感头；光纤传感头包括：单模光纤；双孔光纤，包括包层区以及由包层区围成的纤芯区，纤芯区包括位于轴心的第二纤芯以及相对于第二纤芯对称分布的第一圆孔和第二圆孔；渐变折射率光纤，渐变折射率光纤的入射端与单模光纤的出射端对心连接；第二圆孔沿所述双孔光纤轴向延伸的预设长度范围内填充热敏结构；双孔光纤的入射端与渐变折射率光纤的出射端错位连接，且第一圆孔、第二纤芯和第二圆孔的入射端均位于渐变折射率光纤出射端径向范围内。本发明能提高传感器测温精度。度。度。


技术研发人员：李林军 杨玉强 潘世烈 段小明 申英杰 张方方
受保护的技术使用者：中国科学院新疆理化技术研究所
技术研发日：2022.11.09
技术公布日：2022/12/6