本實用新型屬于光纖測溫傳感裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種法拉第旋鏡結(jié)構(gòu)單模-無芯-單模雙端錯位光纖測溫裝置。

背景技術(shù)：

目前基于干涉理論的光纖傳感器的研究已取得多項研究成果，但也存在許多亟待解決的問題。由于輸出信號會受到光纖傳輸損耗、接續(xù)損耗、光纖震動、多重外界環(huán)境等影響，將嚴重引起光信號衰減的無規(guī)律性。近幾年來，利用光纖測溫已經(jīng)成了一種趨勢。越來越多的人設(shè)計出不同的光纖測溫方案，如干涉儀測溫、激光測溫和錯位光纖測溫等，但都或多或少存在一些不足之處，如系統(tǒng)復(fù)雜的制作工藝、較高的傳輸損耗、信噪比較低和較多的錯位熔接點等多重因素；另外，由于干涉的復(fù)雜性，傳感器探測到的信號很微弱，溫度靈敏度低，穩(wěn)定性差，傳感器輸出的偏振狀態(tài)較差，所有這些導(dǎo)致成本增加且對溫度傳感系統(tǒng)的研究沒有保障。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型為解決上述基于干涉理論對光纖溫度傳感系統(tǒng)研究的穩(wěn)定性差、溫度靈敏度低、成本高和偏振狀態(tài)較差等問題，提供了一種法拉第旋鏡結(jié)構(gòu)單模-無芯-單模雙端錯位光纖測溫裝置，該裝置通過無芯光纖雙錯位結(jié)構(gòu)，干涉的光信號經(jīng)法拉第旋鏡反射后經(jīng)環(huán)形器產(chǎn)生特定激光的波長，然后通過分析不同溫度下相應(yīng)的輸出激光波長來研究溫度傳感系統(tǒng)的性能，該裝置提高了傳感器輸出的靈敏度、穩(wěn)定性和改善了偏振度的狀態(tài)。

本實用新型為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案，法拉第旋鏡結(jié)構(gòu)單模-無芯-單模雙端錯位光纖測溫裝置，其特征在于包括1550nm激光器、環(huán)形器、第一單模光纖、第二單模光纖、無芯光纖、容器、第三單模光纖、第四單模光纖、法拉第旋鏡和光譜分析儀，其中第一單模光纖與第二單模光纖錯位熔接，第一單模光纖的另一端與環(huán)形器的藍色端口相連接，環(huán)形器的紅色端口通過單模光纖與1550nm激光器相連接，環(huán)形器的白色端口通過單模光纖與光譜分析儀相連接，無芯光纖熔接于第二單模光纖和第三單模光纖之間，該無芯光纖設(shè)置于盛放待測溶液的容器中并且無芯光纖的兩端密封橫穿容器后分別與第二單模光纖和第三單模光纖熔接，第三單模光纖與第四單模光纖錯位熔接，第四單模光纖的另一端與法拉第旋鏡相連接。

進一步優(yōu)選，所述的第一單模光纖、第二單模光纖、第三單模光纖和第四單模光纖的直徑均為125μm，其芯層和包層的直徑分別為9.2μm和125μm，所述的無芯光纖的直徑為125μm。

進一步優(yōu)選，所述的第一單模光纖與第二單模光纖的錯位量為3mm，第三單模光纖與第四單模光纖的錯位量為3mm。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：

1、本實用新型提出的是一種基于法拉第旋鏡結(jié)構(gòu)單模-無芯雙端錯位光纖溫度傳感器，其有效改善了不穩(wěn)定、偏振狀態(tài)差和溫度靈敏度低的問題；

2、法拉第旋鏡結(jié)構(gòu)最大干擾幅值可達到近10dB，這明顯高于沒有法拉第旋鏡的單一干擾；

3、在40-80℃范圍內(nèi)，傳感器的溫度靈敏度約為0.99047nm/℃，相關(guān)系數(shù)約為0.99502，溫度靈敏度增加了一個數(shù)量級；

4、本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，實用性強，有望在溫度傳感領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

附圖說明

圖1是本實用新型的光路連接圖。

圖中：1、1550nm激光器，2、環(huán)形器，3、第一單模光纖，4、第二單模光纖，5、無芯光纖，6、容器，7、第三單模光纖，8、第四單模光纖，9、法拉第旋鏡，10、光譜分析儀。

具體實施方式

結(jié)合附圖詳細描述本實用新型的具體內(nèi)容。法拉第旋鏡結(jié)構(gòu)單模-無芯-單模雙端錯位光纖測溫裝置，包括1550nm激光器1、環(huán)形器2、第一單模光纖3、第二單模光纖4、無芯光纖5、容器6、第三單模光纖7、第四單模光纖8、法拉第旋鏡9和光譜分析儀10，其中第一單模光纖3與第二單模光纖4錯位熔接，第一單模光纖3的另一端與環(huán)形器2的藍色端口相連接，環(huán)形器2的紅色端口通過單模光纖與1550nm激光器1相連接，環(huán)形器2的白色端口通過單模光纖與光譜分析儀10相連接，無芯光纖5熔接于第二單模光纖4和第三單模光纖7之間，該無芯光纖5設(shè)置于盛放待測溶液的容器6中并且無芯光纖5的兩端密封橫穿容器6后分別與第二單模光纖4和第三單模光纖7熔接，第三單模光纖7與第四單模光纖8錯位熔接，第四單模光纖8的另一端與法拉第旋鏡9相連接。

本實用新型基于光的干涉理論，將一段長度L約為4cm的無芯光纖熔接在兩段單模光纖之間，然后在單模光纖的兩端分別進行錯位熔接，錯位量D為3mm，單模光纖的另一端連接到法拉第旋鏡上，單模光纖的直徑為125μm，單模光纖芯層和包層的直徑分別為9.2μm和125μm，無芯光纖的直徑為125μm。傳感器的關(guān)鍵部件是一段長為42cm的法拉第旋鏡，選擇使用法拉第旋鏡的目的是為了獲得沒有任何影響的偏振狀態(tài)的輸出和提高溫度靈敏度。

單模-無芯-單模雙錯位光纖作為傳感器頭安放在塑料板上，導(dǎo)入纖維和導(dǎo)出纖維分別與環(huán)行器藍色端口和法拉第旋鏡相連接，由一個中心波長為1550nm的寬帶源發(fā)出的光束通過紅色端口進入環(huán)形器傳送到傳感器頭，輸出的光從環(huán)形器白色端口提取出來后輸入到光譜分析儀中。傳感器頭固定在塑料板被放置在一個容器中，用耐熱膠帶固定，用水浴加熱的方法對傳感器頭進行加熱，加熱過程中溫度變化范圍為40-80℃，每次變化1℃，用一個數(shù)字溫度計來測量溫度，對于每次溫度的變化都可以從光譜儀上記錄下相應(yīng)的參數(shù)。

當(dāng)光信號經(jīng)過左邊錯位熔接點時，由于模場不匹配，激發(fā)出大量的包層模，輸入光信號被分為兩條光路，分別沿著芯模和包層模傳輸，其中纖芯模能量最大，包層模的損耗很高，因此，包層模式簡化為一個最大的能量和較高的能量，并沿單模光纖傳輸，傳播一段距離后，兩模式重組后進入被熱水包圍的無芯光纖中，此時，熱水作為無芯光纖的包層，由于纖芯模與包層模的有效折射率不同，所以芯模與包層模在傳輸過程中產(chǎn)生光程差,然后在單模光纖中傳播一段距離后，光信號經(jīng)過右邊錯位熔接點時，在單模光纖的纖芯與纖芯模產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，然后經(jīng)過法拉第旋鏡反射最終進入光譜分析儀中。光路中產(chǎn)生的干涉譜會隨著無芯光纖外界水的溫度度變化而偏移。

以上顯示和描述了本實用新型的基本原理，主要特征和優(yōu)點，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型的范圍。