专利名称：长周期光纤光栅温度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及温度传感，特别是一种长周期光纤光栅温度传感器。
背景技术：
紫外光折变光纤光栅是光纤中的一种无源器件，它是在光纤中建立起一种空间周期性的折射率分布，使光在其中的传播行为得以改变和控制。与普通光栅不同，长周期光纤光栅(LPFG)是将导波中某频段的光耦合到包层中损耗掉。它具有插入损耗小、易于集成等优点。另外，长周期光纤光栅的传输特性会因外界应力、温度等的影响而改变，与普通Bragg光栅相比，对环境的变化反应更加灵敏，且具有低反射、测量方法简便等优点，因此它是一种理想的传感元件。
普通长周期光纤光栅用于传感，已有技术如文献1[H.J.Patrick，et al.，Hybrid fiber Bragg grating/long period grating sensor for strain/temperaturediscrimination，IEEE Photonics Tech.Lett.，1996，81223-1225]利用长周期光纤光栅与布拉格光栅对应力、温度的响应不同来区别由两者引起的波长位移，解调布拉格光栅反射信号携带的应力、温度信息进行传感。文献2[何万迅等，基于长周期光纤光栅的高灵敏度温度传感方案，传感技术学报，2002，15(1)60-64]根据长周期光纤光栅谐振波长对外界折射率变化敏感的特性提出一种高灵敏度的温度传感方案。通过腐蚀方法减小长周期光纤光栅包层直径再在光栅外涂覆聚合物包层，将温度灵敏度提高了近150倍。
但是普通长周期光纤光栅谐振带宽较大中心波长难以精确测定，为克服该缺点提出了串联长周期光栅的解决方案。它是将两根相同特性长周期光栅串联起来，则在光栅的每个谐振峰内将会由于芯�：桶隳５腗ach-Zender干涉效应产生很多的谐振小峰。谐振小峰带宽比较窄，所以其中心波长容易确定。文献[Young-Geun Han，et al.，Fibre-optic sensing applications of a pair oflong-period fibre gratings，Meas.Sci.Technol.，2001，12778-781]详细介绍具有高分辨率及灵敏度的串联长周期光栅的传感应用。基于环境各因素对谐振小峰中心波长的位移和对比度的不同影响，它可用于曲率、横向负载和温度等各因素的传感。
为解决制作完全相同的长周期光栅难的缺点，文献[B.H.Lee，et al.，Temperature sensor using the self-interference of a long-period fiber grating，Proc.Optical Fiber Sensors，1999，13418-421]介绍一种改进的串联长周期光纤光栅。它是利用一根长周期光纤光栅并通过光纤端面镀高反膜的方法来实现了串联长周期光纤光栅的效应，并用来进行温度的传感。但由于对整个结构进行温控，一是可测温度较低(若温度较高，紫外光折变长周期光纤光栅将被退化和漂白)，二是光栅受温度影响，整个谐振小峰的包络会随之产生移动，不利于测量单个谐振小峰的中心波长位移。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种长周期光纤光栅温度传感器。
本发明的技术解决方案如下一种长周期光纤光栅温度传感器，包括一具有长周期光纤光栅的光纤，其特征在于该光纤的信号输入端经分束器进入所述的长周期光纤光栅，该光纤的尾端面为反射单元，所述的长周期光纤光栅与反射单元间的光纤除去涂覆层，该分束器有信号输出端。
所述的分束器为环形器或耦合器。
所述的反射单元)为该光纤的尾端面镀高反膜，或该光纤的尾端面设一反射镜而构成。
本发明的构思是根据长周期光纤光栅干涉小峰波长对裸光纤段折射率变化敏感的特性，在刻写有长周期光纤光栅的光纤尾端面有反射单元，再与输入输出器件相连制成温度传感头。光栅不直接参与温度传感，消除紫外光折变长周期光栅不能直接进行高温传感的缺陷，谐振小峰的包络基本不动，因此对谐振小峰的位移测量更准确。另外由于采用波峰峰位探测方式，使其探测灵敏度得到了较大的改善。与其他温度传感方案相比，本发明的优点是测量温度较高(可达数百度)，探测灵敏度高，解调方法简单、稳定性好。
图1是本发明长周期光纤光栅温度传感器实施例1的结构示意图。
图2是基于耦合器的长周期光纤光栅温度传感器实施例2的结构示意图。
图3是反射单元附近8cm光纤段进行温控所测得的包络中心附近谐振小峰波长的变化情况。图中1-光纤，2-长周期光纤光栅，3-反射单元，4-光源输入端，5-信号输出端，6-待测温区，7-环行器，8-耦合器，9-折射率匹配液。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进一步说明。
先请参阅图1，图1是本发明长周期光纤光栅温度传感器实施例1的结构示意图。由图可见，本发明长周期光纤光栅温度传感器的构成，包括一具有长周期光纤光栅2的光纤1，其特征在于所述的光纤1的信号输入端4经环行器7进入长周期光纤光栅2，该光纤1的尾端面镀高反膜作反射单元3，所述长周期光纤光栅2与反射单元3间的光纤除去涂覆层，该环行器7具有信号输出端5。把传感光纤段放入待测温区6。宽带光从光纤1输入端4输入，携带传感温度信息的干涉信号从信号输出端5输出。用光谱仪检测信号输出端5波长位移就可以得知待测温区6的温度变化。图3是反射单元附近8cm光纤段进行温控所测得的包络中心附近谐振小峰波长的变化情况。可以看到波长移动量和温度改变量有很好的线性关系。
图2是本发明长周期光纤光栅温度传感器实施例2的结构示意图。在这里的区别是所述的分束器7耦合器8。所述的反射单元3为该光纤1的尾端面镀高反膜，或该光纤1的尾端面设一反射镜。
本发明是把探测区的温度变化转变为反射单元附近裸光纤的折射率变化。探测光从光纤1输入端4进入光纤1，经分束器如图1环形器7或图2耦合器8到达长周期光纤光栅2。折射率匹配液9减小耦合器8另一分束光的反射以降低其对信号光的干扰。长周期光纤光栅2将探测光部分耦合至包层。长周期光纤光栅2与反射单元3间的光纤段须除去涂覆层，拉直以使裸光纤段无弯曲无扭转，使得包层模能在包层中无损耗传输。芯模与包层模经反射单元3反射，经长周期光纤光栅2耦合形成干涉，再由分束器，如图1环形器7或图2耦合器8，从信号输出端5输出。当改变待测温区6的温度时，由于芯�：桶隳５墓獬滩罘⑸浠缮娣逯行牟ǔそ嬷⑸灰�。
用光谱仪检测信号输出端5波长位移就可以得知待测温区6的温度变化。图3是反射单元附近8cm光纤段进行温控所测得的包络中心附近谐振小峰波长的变化情况。可以看到波长移动量和温度改变量有很好的线性关系。
经试用表明，本发明具有测量温度高，可达数百度，采用波峰峰位探测，探测灵敏度高，解调方法简单、稳定性好等优点。
权利要求
1.一种长周期光纤光栅温度传感器，包括一具有长周期光纤光栅(2)的光纤(1)，其特征在于所述的光纤(1)的信号输入端(4)经分束器进入长周期光纤光栅(2)，该光纤(1)的尾端面为反射单元(3)，所述长周期光纤光栅(2)与反射单元(3)间的光纤除去涂覆层，该分束器具有信号输出端(5)。
2.根据权利要求1所述的长周期光纤光栅温度传感器，其特征在于所述的分束器(7)为环形器(7)，或耦合器(8)。
3.根据权利要求1所述的长周期光纤光栅温度传感器，其特征在于所述的反射单元(3)为该光纤(1)的尾端面镀高反膜，或在该光纤(1)的尾端面设一反射镜。
全文摘要
一种长周期光纤光栅温度传感器，包括一具有长周期光纤光栅的光纤，其特点是该光纤的信号输入端经分束器进入所述的长周期光纤光栅，该光纤的尾端面为反射单元，所述的长周期光纤光栅与反射单元间的光纤除去涂覆层，该分束器有信号输出端。将本发明置于测温区，当测温区温度变化时，干涉谐振小峰中心波长发生位移，通过检测波峰位移即可得知温度变化。它具有测量温度高，可达数百度，采用波峰峰位探测，探测灵敏度高，解调方法简单、稳定性好等优点。
文档编号G01K11/32GK1624443SQ20041008425
公开日2005年6月8日 申请日期2004年11月17日 优先权日2004年11月17日
发明者瞿荣辉, 方祖捷, 何慧灵, 高侃, 陈高庭, 蔡海文 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所
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