本實(shí)用新型涉及了一種光纖溫度傳感器，尤其涉及一種基于花生結(jié)構(gòu)的反射式光纖高溫傳感器，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是在科學(xué)實(shí)驗(yàn)以及工業(yè)生產(chǎn)中必須加以嚴(yán)格控制的最重要的參數(shù)之一，因此對(duì)溫度的測量特別是高溫的測量具有重要的意義。光纖測溫是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一門新的測溫技術(shù)。與其他種類的測溫裝置相比，光纖溫度傳感器具有電絕緣、抗電磁干擾、安全、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。目前，光纖溫度傳感器主要有基于單模光纖的Mach-Zehnder干涉，光纖Fabry-Perot干涉、FBG(Fiber Brag Grating)等。以上的各種傳感器都存在一些缺點(diǎn)，例如FBG制作工藝繁瑣，不能承受較高溫度等等。在實(shí)際使用中有很大的局限性。
花生結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于光纖傳感系統(tǒng)中，花生結(jié)構(gòu)是基于Mach-Zehnder干涉原理的光纖器件。利用這種光纖結(jié)構(gòu)的光譜響應(yīng)和環(huán)境響應(yīng)特性可以制作諸如溫度傳感器、應(yīng)變傳感器、彎曲傳感器等多種新型的光纖器件，并因?yàn)榫哂兄谱骱唵?，靈敏度高，穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)點(diǎn)而在光纖傳感領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型的目的是：為了解決用光纖測量高溫的問題，提供了一種基于花生結(jié)構(gòu)的反射式光纖高溫傳感器，該高溫傳感器具有制作簡單、操作方便、靈敏度高、能實(shí)現(xiàn)900度高溫測量等優(yōu)點(diǎn)。
本實(shí)用新型為解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為：
一種基于花生結(jié)構(gòu)的反射式光纖高溫傳感器，包括寬帶光源、單模傳輸光纖、花生型高溫傳感頭、2×1的耦合器以及光譜儀，其特征在于：光源裝置輸出端與2×1的耦合器2端口相連，2×1的耦合器的1端口通過單模傳輸光纖與花生結(jié)構(gòu)相連，2×1的耦合器3端口與光譜儀輸入端相連；光譜儀構(gòu)成信號(hào)解調(diào)部分；所述花生型高溫傳感頭由花生結(jié)構(gòu)和單模反射光纖組成，其特征在于花生雙球的半徑為80μm-120μm，兩球半徑差為0-1μm；花生結(jié)構(gòu)的長度為350μm-400μm；花生結(jié)構(gòu)到反射端面的長度為1.5cm-3.5cm。
本實(shí)用新型的有益效果為：花生結(jié)構(gòu)工藝簡單，易于實(shí)現(xiàn)，成本低廉，方便操作，結(jié)構(gòu)緊湊，能實(shí)現(xiàn)900度高溫測量。
附圖說明
圖1為一種基于花生結(jié)構(gòu)的反射式光纖高溫傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及其實(shí)施實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
圖1為本實(shí)用新型一種基于花生結(jié)構(gòu)的反射式光纖高溫傳感器示意圖。1為寬帶光源；2為光譜儀；3為2×1的耦合器；4為單模傳輸光纖；5為花生型高溫傳感頭；6為花生結(jié)構(gòu)；7為反射端面。寬帶光源1輸出端與2×1的耦合器102端口相連，2×1的耦合器的101端口通過單模傳輸光纖4與花生型高溫傳感頭5相連；所述的發(fā)射端面7充當(dāng)反射鏡，與花生結(jié)構(gòu)6構(gòu)成花生型高溫傳感頭5；2×1的耦合器103端口與光譜儀2輸入端相連；光譜儀2構(gòu)成信號(hào)解調(diào)部分。
本實(shí)用新型的系統(tǒng)工作方式為：寬帶光源1發(fā)出的光由2×1的耦合器3進(jìn)入花生型高溫傳感頭5，由于花生結(jié)構(gòu)破壞了光纖內(nèi)部全反射傳輸模式，激發(fā)出包層模，使經(jīng)過花生結(jié)構(gòu)6的光一部分在包層中進(jìn)行傳輸，剩余部分在纖芯傳輸。兩束光在發(fā)射端面7發(fā)生反射，進(jìn)行反向傳輸，再次經(jīng)過花生結(jié)構(gòu)的時(shí)候，包層模被重新耦合回纖芯，構(gòu)成一個(gè)回路，纖芯模經(jīng)反射進(jìn)行反向傳輸，構(gòu)成第二個(gè)回路。溫度變化引起包層模與纖芯模有效折射率差的變化，使得兩束光路產(chǎn)生光程差，形成干涉條紋。隨著溫度的升高，干涉波譜會(huì)向長波方向移動(dòng)。相位差可以表示為：
Δneff是包層模和纖芯模的有效折射率差，λ為光波長，L為花生結(jié)夠模塊5的長度，(1)式中，干涉極小的波長間隔為：
對(duì)(2)式進(jìn)行微分，可得：
L0是干涉長度，是室溫下的有效折射率差，和分別是纖芯模和包層模的有效折射率，從公式(3)可以看出波長漂移量與溫度成線性關(guān)系。利用光譜儀2可以測得干涉波譜的波谷波長，由于波長漂移量與溫度成線性關(guān)系，獲得波長即可獲得測量溫度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1。
表1干涉波長和溫度的變化關(guān)系
溫度從100℃上升到900℃，MZ干涉波長由1519.56nm變化到1591nm，變化量為71.44nm。從表中數(shù)據(jù)可以看出，溫度與MZ干涉光波長成線性關(guān)系，靈敏度為0.103nm/℃。
基于花生結(jié)構(gòu)的反射式光纖高溫傳感器裝置的關(guān)鍵技術(shù)有：
花生結(jié)構(gòu)雙球參數(shù)和花生結(jié)構(gòu)到反射端面的長度L。手動(dòng)放電的次數(shù)決定了花生雙球的大小，放電次數(shù)越大，雙球半徑越大，花生結(jié)構(gòu)的半徑與插入損耗有關(guān)；干涉波的疏密與花生結(jié)構(gòu)到反射端面的長度L有關(guān)，L越長，干涉波越密；通過理論分析和實(shí)驗(yàn)探究，花生雙球的半徑為80μm-120μm，兩球半徑差為0-1μm；花生結(jié)構(gòu)的長度為350μm-400μm；花生結(jié)構(gòu)到反射端面的長度為1.5cm-3.5cm。
本實(shí)例中，寬帶光源1的輸出波長為1400nm-1600nm，單模傳輸光纖4用的是常規(guī)單模光纖(G.625)，纖芯直徑8.2μm，包層直徑125μm；花生結(jié)構(gòu)6雙球的半徑分別為100.632μm、100.620μm，兩球半徑差為0.0120μm；花生結(jié)構(gòu)6到反射端面7的長度為385.356μm；花生結(jié)構(gòu)到反射端面的長度為2cm。
通過上述實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了揭示，但其他對(duì)基于花生結(jié)構(gòu)的反射式光纖高溫傳感器的簡單變形、替換均將落入本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍內(nèi)。