一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤耦合器的温度传感器

1.本实用新型属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤耦合器的温度传感器。


背景技术：

2.光纤温度传感器利用温敏材料折射率随温度变化而变化的原理，属于非接触式测温技术，主要有分布式光纤温度传感器、干涉型光纤温度传感器和光纤光栅温度传感器等。光纤温度传感器在工业生产、建筑业、电力系统等行业有着广泛的应用，具有绝缘性好、抗电磁干扰、耐高电压等优势，同时易与现代计算机系统相连接进行数据传输。对于光纤温度传感器，除了在光纤结构上进行改良以提升其传感灵敏度，在传感单元上涂覆敏感材料也可以大大提升传感器的灵敏性能。氧化石墨烯的引入能够对光波导器件的感光区起到一个很好的增敏作用，用于光纤传感器时呈现出显著的优势。
3.因而以氧化石墨烯作为涂敷材料结合微纳光纤传感技术所搭建的温度传感装置在温度传感领域有着广阔的发展空间。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是为了解决目前行业所应用的温度传感装置存在的成本高、体积大、灵敏度较低、易受外界环境干扰等问题而提出的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤耦合器的温度传感器。
5.为此，本实用新型采用了如下技术方案：
6.提供了一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤耦合器的温度传感器，其特征在于：包括宽带光源(1)、单模光纤(2)、传感单元(3)和光谱仪(4)，其中：
7.所述的传感单元(3)中包含多模微纳光纤耦合器(3-1)、氧化石墨烯涂覆层(3-2)；
8.所述的多模微纳光纤耦合器(3-1)内含有p1、p2两个端口，p1端口为输入端，p2端口为输出端；
9.所述的单模光纤(2)共有两条，单模光纤一号(2-1)的左端与宽带光源(1) 输出端相连，右端与多模微纳光纤耦合器(3-1)的p1端无偏心连接，单模光纤二号(2-2)的左端与多模微纳光纤耦合器(3-1)的p2端无偏心连接，右端连接光谱仪(4)。
10.所述的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤耦合器的温度传感器，其特征在于：所述的宽带光源(1)为sled宽带光源用于产生c波段脉冲光信号。
11.所述的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤耦合器的温度传感器，其特征在于：所述的传感单元(3)结构为氧化石墨烯涂覆层(3-2)涂覆在多模微纳光纤耦合器(3-1)上。
12.所述的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤耦合器的温度传感器，其特征在于：所述的单模光纤(2)型号为g656c型低斜率非零色散位移光纤。
13.所述的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤耦合器的温度传感器，其特征在于：所述的多模微纳光纤耦合器(3-1)由两根去除涂覆层的多模光纤通过激光熔融拉锥法获得长
度为四厘米的耦合光纤。
14.所述的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤耦合器的温度传感器，其特征在于：所述的单模光纤一号(2-1)、单模光纤二号(2-2)与传感单元(3)的连接方式采用电弧放电熔接方法连接。
15.所述的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤耦合器的温度传感器，其特征在于：所述的光谱仪(4)扫描波长设置为1500～1560nm。
16.所述的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤耦合器的温度传感器，其特征在于：所述的光谱仪(4)用于对干涉后的输出光信号进行相位检测，获得干涉光谱，进而分析得到温度传感数据。
17.本实用新型提供了一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤耦合器的温度传感器，该传感器改善了现有温度传感装置存在的成本高、体积大、灵敏度较低、易受外界环境干扰等问题。
18.总体而言，本实用新型一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤耦合器的温度传感器主要具有以下有益效果：
19.1.本实用新型针对现有温度传感器成本高、体积大、灵敏度较低、易受环境干扰等问题进行了改善。将两条单模光纤通过激光熔融拉锥法获得长度为四厘米的耦合光纤，获得微纳光纤耦合器。
20.2.本实用新型提供的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤耦合器的温度传感器，其中氧化石墨烯薄膜包覆在长为四厘米的耦合光纤之外。充分发挥氧化石墨烯的优良性能，在倏逝波作用下，提高传感系统对于温度的灵敏度。
21.3.本实用新型提供的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤耦合器的温度传感器，系统体积小，抗外界干扰能力强，抗腐蚀性能好。
附图说明
22.图1为本实用新型提出的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤耦合器的温度传感器的系统结构图；
23.图2为传感单元的放大图。
具体实施方式
24.下面结合说明书附图进一步说明本实用新型的具体实施方式。
25.图1是本实施方式所述的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤耦合器的温度传感器，它包括宽带光源(1)、单模光纤(2)、传感单元(3)和光谱仪(4)，单模光纤(2)共有两条，单模光纤一号(2-1)的左端与宽带光源(1)输出端相连，右端与多模微纳光纤耦合器(3-1)的p1端无偏心连接，单模光纤二号(2-2) 的左端与多模微纳光纤耦合器(3-1)的p2端无偏心连接，右端连接光谱仪(4)。
26.如图2，传感单元(3)中包含多模微纳光纤耦合器(3-1)、氧化石墨烯涂覆层(3-2)；多模微纳光纤耦合器(3-1)内含有p1、p2两个端口，p1端口为输入端，p2端口为输出端。
27.宽带光源(1)为sled宽带光源用于产生c波段脉冲光信号。
28.单模光纤(2)型号为g656c型低斜率非零色散位移光纤。
29.传感单元(3)结构为氧化石墨烯涂覆层(3-2)涂覆在多模微纳光纤耦合器 (3-1)上。
30.多模微纳光纤耦合器(3-1)由两根去除涂覆层的多模光纤通过激光熔融拉锥法获得长度为四厘米的耦合光纤。
31.单模光纤一号(2-1)、单模光纤二号(2-2)与传感单元(3)的连接方式采用电弧放电熔接方法连接。
32.光谱仪(4)扫描波长设置为1500～1560nm。
33.光谱仪(4)用于对干涉后的输出光信号进行相位检测，获得干涉光谱，进而分析得到温度传感数据。
34.使用时，将光路按照光路图搭建好，放置于待检测环境中，等待一段时间使光源信号稳定便可进行传感。
35.工作原理：使用时，将光路按照说明书进行搭建，将氧化石墨烯包覆的多模微纳光纤耦合器放置于待测量环境中。开启宽带光源待输出的光源信号稳定。光信号从单模光纤进入微纳光纤耦合器中并发生mz干涉，纤芯与包层的光的折射率随外界温度的变化而改变，在倏逝场的作用下，干涉波长发生改变；同时氧化石墨烯使得耦合器对于温度的灵敏度增强，发生干涉后的光信号经单模光纤输入到光谱仪。最终通过光谱仪分析光信号的干涉谱变化，进而实现对温度传感。


技术特征：
1.一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤耦合器的温度传感器，其特征在于包括宽带光源(1)、单模光纤(2)、传感单元(3)和光谱仪(4)，其中：所述的传感单元(3)中包含多模微纳光纤耦合器(3-1)、氧化石墨烯涂覆层(3-2)；所述的多模微纳光纤耦合器(3-1)内含有p1、p2两个端口，p1端口为输入端，p2端口为输出端；所述的单模光纤(2)共有两条，单模光纤一号(2-1)的左端与宽带光源(1)输出端相连，右端与多模微纳光纤耦合器(3-1)的p1端无偏心连接，单模光纤二号(2-2)的左端与多模微纳光纤耦合器(3-1)的p2端无偏心连接，右端连接光谱仪(4)。2.根据权利要求1所述的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤耦合器的温度传感器，其特征在于：所述的宽带光源(1)为sled宽带光源用于产生c波段脉冲光信号。3.根据权利要求1所述的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤耦合器的温度传感器，其特征在于：所述的传感单元(3)结构为氧化石墨烯涂覆层(3-2)涂覆在多模微纳光纤耦合器(3-1)上。4.根据权利要求1所述的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤耦合器的温度传感器，其特征在于：所述的单模光纤(2)型号为g656c型低斜率非零色散位移光纤。5.根据权利要求1所述的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤耦合器的温度传感器，其特征在于：所述的多模微纳光纤耦合器(3-1)由两根去除涂覆层的多模光纤通过激光熔融拉锥法获得长度为四厘米的耦合光纤。6.根据权利要求1所述的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤耦合器的温度传感器，其特征在于：所述的单模光纤一号(2-1)、单模光纤二号(2-2)与传感单元(3)的连接方式采用电弧放电熔接方法连接。7.根据权利要求1所述的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤耦合器的温度传感器，其特征在于：所述的光谱仪(4)扫描波长设置为1500～1560nm。8.根据权利要求1所述的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤耦合器的温度传感器，其特征在于：所述的光谱仪(4)用于对干涉后的输出光信号进行相位检测，获得干涉光谱，进而分析得到温度传感数据。

技术总结
本实用新型提供了基于氧化石墨烯包覆微纳光纤耦合器的温度传感器，涉及光纤传感器技术领域，具体涉及一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤耦合器的温度传感器。本实用新型是为了改善现有的温度传感装置使用过程中存在的成本高、易受外界干扰、灵敏度低等问题。本实用新型包括宽带光源、单模光纤、传感单元和光谱仪。其中传感单元内包含多模微纳光纤耦合器、氧化石墨烯涂覆层；多模微纳光纤耦合器包含两个端口。本实用新型最终通过光谱仪来对光信号的干涉光谱相位变化进行分析，进而实现温度传感。进而实现温度传感。进而实现温度传感。


技术研发人员：张栩瑞 谢云龙 张朔
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：2021.12.09
技术公布日：2022/5/30