专利名称：π相移光纤光栅传感探头及温度传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及温度传感测量领域，具体涉及ー种相移光纤光栅传感探头及温度传感器。
技术背景温度传感测量的应用非常广泛，比如在医院中可以检测人体温度以辅助病人的治疗，在生产エ艺中需要控制产品生产的温度以提高成品率，在油井、煤矿等高危环境中需要监控环境温度以确保安全等等光纤光栅传感器在传感器领域的优势是广为人知的，因此其应用前景十分广阔。以发展的眼光看，光纤传感器会最終取代那些已经技术成熟并且成功商业化了得传统的传感器。光纤光栅传感器具有轻便、耐高温、耐腐蚀、灵敏度高、抗电磁干扰、复用能力强、传输距离远、能进行分布式传感等优点。目前已经有成熟的技术成功的应用在国防军事、航空航天、石油勘探、土木工程、水利发电等多个领域中。温度传感器的原理建立在当温度发生变化时，传感元件的物理性质会发生相应的变化，最終将其转化为电学量的变化。通过建立电学量和温度的对应关系，从而精确的描述温度。光纤光栅温度传感器，利用了上述原理，将温度变化，转化为光共振波长的变化，最終转化为电学量的变化。光纤光栅温度传感器通常由光源、光纤光栅温度探头和光电转换器组成。其中，光源将光传入光纤光栅温度探头；探头将温度变化转化光共振波长的变化，从而改变输出光强值；光电转换器将光强的变化转化为电学量的变化。目前，公知的光纤光栅温度传感器采用的光栅是布拉格光栅。在进行温度传感时，一方面，极限灵敏度较低，限制了传感温度的最大分辨率；另ー方面，灵敏度和測量范围不可调节，限制了其在不同场合的应用。
实用新型内容为克服现有技术中光纤光栅温度传感器灵敏度低且灵敏度和測量范围不可调节的问题，本实用新型提供ー种n相移光纤光栅传感探头及温度传感器。本实用新型实施例提供ー种n相移光纤光栅传感探头，所述的n相移光纤光栅传感探头包括固定底座、横梁、31相移光纤光栅、磁性头和电磁铁，其中横梁位于在固定底座之上，用于固定所述的n相移光纤光栅；n相移光纤光栅粘贴在所述的横梁的上表面；磁性头与所述的横梁的前端相连；电磁铁位于所述的横梁的侧面。本实用新型实施例还提供一种相移光纤光栅温度传感器，所述的相移光纤光栅温度传感器包括可调谐激光器、光环形器、31相移光纤光栅传感探头和光电转换器，其中可调谐激光器，与所述的光环形器相连接，用于为光路提供窄线宽的光；光环形器，用于控制光的传播路径；n相移光纤光栅传感探头，与所述的光环形器相连接，用于将温度信号转化为光强信号；光电转换器，与所述的光环形器相连接，用于将光强信号转化为可测量的电信号。本实用新型提供的ー种相移光纤光栅传感探头及温度传感器采用新的技术来測量温度，设计出的温度传感器有很多优点。首先，采用n相移光纤光栅使得光纤温度传感器的极限灵敏度显著提高；其次，温度传感器的灵敏度和測量范围变得可调节，可以满足其在不同场合的应用；最后，引入电磁铁这个独特的设计方式，使得该传感器的数据采集和电气控制能够一体化，方便实现智能控制。本实用新型不仅具有传统光纤温度传感器全部优点，而且极限灵敏度高，灵敏度、測量范围可以调节，使用场合广泛，便于实现智能控制。既可以用于油田、煤矿等恶劣环境中的温度监控，也可以用于日常的工作、生活中的温度測量等方面。
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进ー步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的限定。在附图中图I是本实用新型实施例提供的ー种相移光纤光栅传感探头的结构图；图2是本实用新型实施例提供的相移光纤光栅传感探头俯视图；图3所示为本实用新型实施例中电磁铁未通电时的相移光纤光栅反射光谱；图4所不为本实用新型实施例中电磁铁施加一定电流时的相移光纤光栅反射光谱；图5是本实用新型实施例提供的一种相移光纤光栅温度传感器的整体结构图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本实用新型做进ー步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。实施例一图I是本实用新型实施例提供的ー种相移光纤光栅传感探头的结构图，如图I所不，^相移光纤光栅传感探头包括固定底座101、横梁102、31相移光纤光栅103、磁性头104和电磁铁105，其中固定底座101有固定支撑的作用，可以用密度和杨氏模量较大且没有磁性的材料，如青铜。横梁102用于固定相移光纤光栅103,位于在固定底座101之上,并与固定底座101紧密的连接在一起。横梁102可以选用杨氏模量较小的材料，如铝。图2是本实用新型实施例提供的相移光纤光栅传感探头俯视图，结合图I和图2所示，相移光纤光栅103倾斜的粘贴在横梁102的上表面，且使得相移的位置恰好位于横梁102的中性面上。相移光纤光栅103可采用相位掩膜板法或者二次曝光法等方法制作，光栅的长度10mm-80mm，相移位置位于光栅正中央，相移量为，反射光谱阻带宽度应控制在IOpm量级,优选的中心波长为1550nm。n相移光纤光栅103用于测量温度。图3所示为本实用新型实施例中电磁铁未通电时的相移光纤光栅反射光谱。图4所不为本实用新型实施例中电磁铁施加一定电流时的n相移光纤光栅反射光谱。[0025]磁性头104与横梁102的前端紧密相连，与电磁铁105相互吸引，从而使横梁102产生侧向弯曲。磁性头104可以采用有磁性的材料，如磁铁。电磁铁105位于横梁102的侧面,与磁性头104的位置相对齐，电磁铁105与磁性头104之间留有一定的距离。电磁铁105的中心与磁性头104的中心对齐，以保证受カ方向保持水平。电磁铁105通过控制电流大�。钪湛刂拼衅鞯牧槊舳群蜏y量范围。当磁性头104受到电磁铁105的吸引，使得横梁102产生侧向的弯曲；改变电磁铁105中的电流大�。佣谋涞绱盘�105的磁性，进ー步改变横梁102的侧向弯曲程度；横梁102的弯曲会导致相移光纤光栅103产生啁啾，从而使得其的反射光谱发生变化；反射光谱的中心波长仅与温度有夫，故不发生改变，但阻带的宽度发生了改变，从而在保持温度测量结果准确的前提下，改变了传感的灵敏度和測量范围。本实用新型提供的ー种相移光纤光栅传感探头采用新的技术来测量温度，设 计出的温度传感器有很多优点。首先，采用n相移光纤光栅使得光纤温度传感器的极限灵敏度显著提高；其次，温度传感器的灵敏度和測量范围变得可调节，可以满足其在不同场合的应用；最后，引入电磁铁这个独特的设计方式，使得该传感器的数据采集和电气控制能够一体化，方便实现智能控制。本实用新型不仅具有传统光纤温度传感器全部优点，而且极限灵敏度高，灵敏度、測量范围可以调节，使用场合广泛，便于实现智能控制。既可以用于油田、煤矿等恶劣环境中的温度监控，也可以用于日常的工作、生活中的温度測量等方面。实施例ニ图5是本实用新型实施例提供的一种相移光纤光栅温度传感器的整体结构图，如图5所不,相移光纤光栅温度传感器由可调谐激光器501、光环形器502、相移光纤光栅传感探头503和光电转换器504组成，其中可调谐激光器501与光环形器502第一接ロ相连接，用于为光路提供窄线宽的光。可调谐激光器501产生的光线宽应小于1pm，如可调谐DFB激光器。光环形器502，用来控制光的传播路径。Ji相移光纤光栅传感探头503与光环形器502第二接ロ相连接，光经过光环形器502后进入相移光纤光栅传感探头503, 相移光纤光栅传感探头503将温度信号转化为光强信号并输出。在本实用新型实施例中，n相移光纤光栅传感探头503可以是实施例一中提供的n相移光纤光栅传感探头。光电转换器504与光环形器502第三接ロ相连接，反射的光强信号经过光环行器502后进入光电转换器504，并转化为可测量的电信号。在本实用新型实施例中，光电转换器504可选用光电ニ极管等。本实用新型提供的一种相移光纤光栅温度传感器采用新的技术来测量温度，设计出的温度传感器有很多优点。首先，采用n相移光纤光栅使得光纤温度传感器的极限灵敏度显著提高；其次，温度传感器的灵敏度和測量范围变得可调节，可以满足其在不同场合的应用；最后，引入电磁铁这个独特的设计方式，使得该传感器的数据采集和电气控制能够ー体化，方便实现智能控制。本实用新型不仅具有传统光纤温度传感器全部优点，而且极限灵敏度高，灵敏度、測量范围可以调节，使用场合广泛，便于实现智能控制。既可以用于油田、煤矿等恶劣环境中的温度监控，也可以用于日常的工作、生活中的温度测量等方面。以上所述的具体实施方式
，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式
而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种31相移光纤光栅传感探头，其特征在于，所述的n相移光纤光栅传感探头包括固定底座、横梁、31相移光纤光栅、磁性头和电磁铁，其中 横梁位于在固定底座之上，用于固定所述的n相移光纤光栅； 31相移光纤光栅粘贴在所述的横梁的上表面； 磁性头与所述的横梁的前端相连； 电磁铁位于所述的横梁的侧面。
2.根据权利要求I所述的一种相移光纤光栅传感探头，其特征在于，所述的n相移光纤光栅倾斜的粘贴在所述的横梁的上表面，且使得相移的位置位于所述的横梁的中性面 上。
3.根据权利要求I所述的一种n相移光纤光栅传感探头，其特征在于，所述的电磁铁位于所述的横梁的侧面，且所述的电磁铁的中心与所述的磁性头的中心相对齐，所述的电磁铁与所述的磁性头之间有距离。
4.根据权利要求I所述的一种相移光纤光栅传感探头，其特征在于，所述的n相移光纤光栅的光栅长度为10mm-80mm,相移位置位于所述的n相移光纤光栅正中央，相移量为n，反射光谱阻带宽度为IOpm量级，中心波长为1550nm。
5.—种相移光纤光栅温度传感器,其特征在于,所述的相移光纤光栅温度传感器包括可调谐激光器、光环形器、31相移光纤光栅传感探头和光电转换器，其中 可调谐激光器，与所述的光环形器相连接，用于为光路提供窄线宽的光； 光环形器，用于控制光的传播路径；相移光纤光栅传感探头，与所述的光环形器相连接，用于将温度信号转化为光强信号; 光电转换器，与所述的光环形器相连接，用于将光强信号转化为可测量的电信号。
6.如权利要求5所述的相移光纤光栅温度传感器，其特征在于，所述的光环形器有三个接口。
7.如权利要求6所述的相移光纤光栅温度传感器，其特征在于，可调谐激光器与光环形器第一接口相连接；n相移光纤光栅传感探头与光环形器第二接口相连接；光电转换器与光环形器第三接口相连接。
8.如权利要求5所述的相移光纤光栅温度传感器，其特征在于，所述的可调谐激光器产生的光线宽小于lpm。
9.如权利要求5所述的相移光纤光栅温度传感器，其特征在于，所述的光电转换器为光电二极管。
10.如权利要求5所述的相移光纤光栅温度传感器,其特征在于,所述的相移光纤光栅传感探头包括固定底座、横梁、31相移光纤光栅、磁性头和电磁铁，其中 横梁位于在固定底座之上，用于固定所述的n相移光纤光栅； 31相移光纤光栅粘贴在所述的横梁的上表面； 磁性头与所述的横梁的前端相连； 电磁铁位于所述的横梁的侧面。
专利摘要本实用新型是关于一种π相移光纤光栅传感探头及温度传感器，所述的π相移光纤光栅传感探头包括固定底座、横梁、π相移光纤光栅、磁性头和电磁铁，其中横梁位于在固定底座之上，用于固定所述的π相移光纤光栅；π相移光纤光栅粘贴在所述的横梁的上表面；磁性头与所述的横梁的前端相连；电磁铁位于所述的横梁的侧面。本实用新型提供的一种π相移光纤光栅传感探头及温度传感器使得光纤温度传感器的极限灵敏度显著提高，温度传感器的灵敏度和测量范围变得可调节，可以满足其在不同场合的应用；引入电磁铁的设计方式，使得该传感器的数据采集和电气控制能够一体化，方便实现智能控制。
文档编号G01K11/32GK202562653SQ20122022750
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月18日 优先权日2012年5月18日
发明者陈少华, 马伟超, 赵昆, 王爱军, 娄秀路 申请人:中国石油大学(北京)
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