一種基于單通帶微波光子濾波器的溫度測量裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及溫度測量技術領域，具體涉及一種基于單通帶微波光子濾波器的溫度測量裝置及方法。
【背景技術】
[0002]光纖傳感器憑借體積小、重量輕、易于實現(xiàn)遠距離和分布式測量、防爆、電絕緣以及防電磁干擾等諸多優(yōu)點，廣泛應用于溫度、應力和折射率的遠距離測量領域。
[0003]光纖溫度傳感器大多采用馬赫-曾德爾光纖干涉儀的結構，通過測量干涉光譜中波長的變化來測量溫度變化。而傳統(tǒng)的光纖傳感波長解調方法常采用光學濾波器，如可調諧F-P濾波法及匹配光柵法等。這些方法或者對光學濾波器的性能要求較高，成本較高；或者需要較多的光學濾波器，成本較高且結構復雜，比較難實用化。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于單通帶微波光子濾波器的溫度測量裝置，其結構簡單，大大降低了溫度測量的成本和復雜度；本發(fā)明同時提供了一種基于單通帶微波光子濾波器的溫度測量方法。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0006]一種基于單通帶微波光子濾波器的溫度測量裝置，包括寬帶光源、馬赫-曾德爾光纖干涉儀、電光調制器、光纖放大器、微波信號源、色散光纖、光電探測器及電功率計，所述馬赫-曾德爾光纖干涉儀的輸入端口連接所述寬帶光源，所述電光調制器的輸入端口與所述馬赫-曾德爾光纖干涉儀的輸出端口相連，其輸出端口與光纖放大器的輸入端口相連，其電驅動端口與所述微波信號源相連，所述色散光纖的一端與所述光纖放大器的輸出端口相連，另一端與所述光電探測器的輸入端口相連，所述電功率計的輸入端口與所述光電探測器的輸出端口電性連接。
[0007]優(yōu)選地，所述馬赫-曾德爾光纖干涉儀包括第一光纖耦合器、第二光纖耦合器、傳感光纖及參考光纖，所述第一光纖耦合器的一個輸入端口連接所述寬帶光源，所述第一光纖耦合器的一個輸出端口通過所述傳感光纖與第二光纖耦合器的一個輸入端口相連，所述第一光纖耦合器的另一輸出端口通過所述參考光纖與第二光纖耦合器的另一輸入端口相連，所述第二光纖親合器的一個輸出端口與所述電光調制器的輸入端口相連。
[0008]優(yōu)選地，所述第一光纖耦合器和第二光纖耦合器均采用3dB四端口光纖耦合器。
[0009]一種基于單通帶微波光子濾波器的溫度測量方法，包括以下步驟:
[0010]S1、打開寬帶光源，馬赫-曾德爾光纖干涉儀對寬帶光源發(fā)射的光進行光譜分割，形成梳狀濾波譜，此時被測溫度信號作用于馬赫-曾德爾光纖干涉儀的傳感光纖上；
[0011]S2、梳狀濾波譜經(jīng)過電光調制器被微波信號源所發(fā)出的微波信號調制，獲得調制信號，并通過光纖放大器對調制信號進行放大；
[0012]S3、放大后的調制信號進入色散光纖進行采樣、時延后，進入光電探測器恢復得到電信號;
[0013]S4、掃描微波信號源所發(fā)射微波信號頻率，通過電功率計測量恢復電信號的功率，獲得通帶中心頻率，所述通帶中心頻率為電功率計測得的功率值最大時對應的微波信號頻率，得到功率最大時的微波信號頻率，根據(jù)對應關系計算被測溫度信號的溫度變化量；
[0014]S5、根據(jù)中心頻率與被測溫度信號的溫度變化量的對應關系，求取被測溫度信號的溫度變化量。
[0015]優(yōu)選地，所述中心頻率與被測溫度信號的溫度變化量的對應關系為:
[0016]fc= [η+ξ ΔΤ] Δ?7φλ 2)
[0017]其中，η為光纖有效折射率，ξ為光纖材料的熱光系數(shù)，AL為馬赫-曾德爾光纖干涉儀兩臂長度差，D為單位波長之間的時延，λ為中心波長，f。為中心頻率，ΛΤ為被測溫度信號的溫度變化量。
[0018]采用上述技術方案后，本發(fā)明與【背景技術】相比，具有如下優(yōu)點:
[0019]本發(fā)明采用基于馬赫-曾德爾光纖干涉儀光譜分割和色散光纖相結合的結構，實現(xiàn)單通帶微波光子濾波器；馬赫-曾德爾光纖干涉儀其中一臂接傳感光纖，另外一臂接參考光纖；傳感光纖上作用的溫度信號引起馬赫-曾德爾光纖干涉儀兩臂光程差改變，從而改變單通帶微波光子濾波器通帶中心頻率；掃描調制微波信號頻率，通過光電探測器恢復電信號功率的測量得到通帶中心頻率來實現(xiàn)對被測溫度的測量。本發(fā)明能夠實現(xiàn)防電磁干擾的遠距離溫度測量，相比于其他傳統(tǒng)測量方案，有著帶寬大、防電磁干擾、適于遠距離測量和低損耗等突出優(yōu)勢，大大降低了溫度測量的成本和復雜度。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明溫度測量裝置的結構示意圖。
[0021]圖2為本發(fā)明溫度測量方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0022]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0023]實施例一
[0024]請參閱圖1，本發(fā)明公開了一種基于單通帶微波光子濾波器的溫度測量裝置，其包括寬帶光源1、馬赫-曾德爾光纖干涉儀2、電光調制器3、微波信號源4、光纖放大器5、色散光纖6、光電探測器7及電功率計8，其中:
[0025]參考圖1所示，馬赫-曾德爾光纖干涉儀2的輸入端口連接寬帶光源1，電光調制器3的輸入端口與馬赫-曾德爾光纖干涉儀2的輸出端口相連，其輸出端口與光纖放大器5的輸入端口相連，其電驅動端口與微波信號源4相連，色散光纖6的一端與光纖放大器5的輸出端口相連，另一端與光電探測器7的輸入端口相連，電功率計8的輸入端口與光電探測器7的輸出端口電性連接。
[0026]馬赫-曾德爾光纖干涉儀2包括第一光纖親合器21、第二光纖親合器22、傳感光纖23及參考光纖24，其中:
[0027]第一光纖親合器21的一個輸入端口連接寬帶光源I，第一光纖親合器21的一個輸出端口通過傳感光纖23與第二光纖親合器22的一個輸入端口相連，第一光纖親合器21的另一輸出端口通過參考光纖24與第二光纖耦合器22的另一輸入端口相連，第二光纖耦合器22的一個輸出端口與電光調制器3的輸入端口相連。
[0028]在本實施例中，第一光纖親合器21和第二光纖親合器22均米用3dB四端口光纖親合器。
[0029]實施例二
[0030]配合圖1和圖2所示，本發(fā)明公開了一種基于單通