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Abstract
Advanced Photonic Technology Lab, College of Electronic and Optical Engineering, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210023, China
A high-sensitivity temperature sensor based on the harmonic Vernier effect is proposed and verified by experiments. The main component of the sensor is a Sagnac interferometer consisting of two sections of polarization maintaining fibers (PMFs) spliced with an intersection angle of 45° between their fast axes. The harmonic Vernier effect is achieved by setting the length of one of the PMFs an integral multiple (i-times) of the length of the other plus a detuning factor. Compared with the Sagnac interferometer based on the fundamental Vernier effect, the temperature sensitivity of the harmonic Vernier effect is higher, reaching i+1 times of that of the fundamental Vernier effect (i is the order of the harmonic).
Harmonic Vernier temperature sensor polarization maintaining fiber Sagnac interferometer Photonic Sensors
2023, 13(2): 230204
武汉理工大学 光纤传感技术与网络国家工程实验室，湖北 武汉 430070
该文介绍了一种灵敏度较高的Mach-Zehender干涉温度传感器，在单模光纤之间嵌入一段保偏光纤，并通过重叠挤压放电方式形成反向凸起锥，形成单模光纤-保偏凸锥形光纤-单模光纤结构的传感器，凸锥结构增加了包层模式的能量，提高了传感器透射谱对比度。实验证明，当保偏光纤长度为2.5 cm时，在30~70 ℃内温度灵敏度达到最大值126.45 pm/℃。此外，该文通过计算不同偏振模式及相应的模式传播常数，分析得到参与模式干涉的主要成分，从而验证了温度灵敏度测试的精准度。此结构的传感器具有结构紧凑、尺寸小、制作工艺简单的特点，可被应用于温度传感测量。
Mach-Zehender干涉 保偏光纤 温度传感器 干涉仪 光纤熔接 Mach-Zehender interference polarization-maintaining fiber temperature sensor interferometer optical fiber welding
1 中国科学院大学, 北京 100049
2 中国科学院 半导体研究所, 北京 100083
设计并实现了一种电流型温度传感芯片。分析了测温原理和厄利效应对测温精度的影响, 提出了一种集电极-发射极电压补偿电路, 利用一组电流镜和匹配电阻将输出电流和温度之间的传递函数线性化, 提高了芯片的线性度和测温精度。设计了反向偏置保护电路, 增大芯片可承受的反向电压。芯片采用40 V互补双极工艺设计并流片。测试结果表明, 芯片在-55～150 ℃温度区间内的非线性误差为±02 ℃, 测温精度小于±03 ℃。
温度传感芯片 互补双极工艺 线性度 反向偏置保护 测温精度 temperature sensor chip complementary bipolar process linearity reverse bias protection temperature measurement accuracy
杭州欣美成套电器制造有限公司， 杭州 311200
针对无源RFID低功耗的应用需求，基于SMIC 0.18 μm CMOS工艺设计了一种低功耗CMOS温度传感器。该传感器首先基于双晶体管电路将温度信号转换为与之成正比的电压信号，并进一步转换为电流信号，然后通过振荡器电路转换为频率信号，最终经计数器后转换为与温度对应的二进制数字信号输出。仿真结果表明，在-20~100 ℃范围内传感器具有良好的线性度和温度精度，且传感器总功耗仅为1.05 μW，可满足无源RFID领域应用需求。
无源RFID CMOS温度传感器 谐振电路 计数器 passive RFID CMOS temperature sensor oscillating circuit counter
沈阳航空航天大学 电子信息工程学院, 辽宁 沈阳 110163
由于声表面波(SAW)测温技术因具有无源无线的特点而备受研究人员的广泛关注。该技术可应用在电缆接头内部的温度测量中, 但因受电缆接头材料和结构的影响, 使SAW测温信号传递受阻, 严重影响了温度信号的检测。该文基于DWG-630A型电缆接头的结构和材料, 设计了一款可用于电缆接头内部测温的天线。通过其理论分析、仿真及试验验证, 证明该设计切实可行。结果表明, 穿过电缆接头可传递SAW温度信号, 并在工作频段内具有良好的增益和辐射效果。
电缆接头 声表面波温度传感器 天线 cable joints surface acoustic wave (SAW) temperature sensor antenna HFSS HFSS
1 桐乡泰爱斯环保能源有限公司， 浙江 桐乡 314500
2 浙江大学 湖州研究院， 浙江 湖州 313000
面对热电厂中存在的高温蒸汽管路输送距离长、泄漏点难以寻找的问题，搭建分布式光纤测温系统，对蒸汽管路的温度场进行监控。系统根据拉曼散射原理解调出了管道沿线铺设光缆中反射光信号内含有的温度信息，并根据光时域反射技术将温度与对应的管道进行位置匹配。同时系统通过卡尔曼滤波算法对解调出的温度信号进行了滤波，结果证明卡尔曼滤波能够将系统测量的温度波动降低至1℃。
分布式光纤测温 蒸汽管路 监测 卡尔曼滤波 distributed temperature sensor steam pipeline monitoring kalman filter
红外与激光工程
2023, 52(10): 20230076
杨安平 1,2,3,4周鸿猷 1,2,3,4方婕 1,2,3,4苏斯杰 1,2,3,4[ ... ]甘久林 1,2,3,4,*
1 华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室，广东 广州 510641
2 广东省特种光纤材料与器件工程技术研究开发中心，广东 广州 510641
3 广东省光纤激光材料与应用技术重点实验室，广东 广州 510641
4 华南理工大学材料科学与工程学院，广东 广州 510641
为提高接触式柔性光纤温度传感器的稳定性和抗干扰性，提出了一种基于荧光强度比技术解调方法的上转换荧光纳米粒子掺杂的柔性荧光光纤温度传感器。稀土离子掺杂的复合柔性光纤受激发射出稳定荧光，依靠上转换纳米粒子热耦合能级对温度的依赖特性，热耦合能级对应的中心荧光峰的强度随着温度的变化而变化。所提柔性光纤温度传感器将掺杂Er3+的热耦合能级对应的中心荧光峰强度的比值作为温度的表征值，且其温度响应表现为热增强型，即荧光强度随着温度的升高而增强。实验结果表明柔性光纤温度传感器表现出强稳定性和强抗干扰性，同时具备良好的柔性和变形能力、高灵敏度和可重复性，最大绝对灵敏度为0.0038 ℃-1、最大相对灵敏度为1.29 %/℃。
荧光强度比技术 热耦合能级 柔性光纤温度传感器 抗干扰性 激光与光电子学进展
2023, 60(13): 1316005
1 河南理工大学机械与动力工程学院，河南 焦作 454000
2 中国科学院半导体研究所，北京 100083
3 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
以高功率散裂靶测温需要为牵引，设计并制备了一种基于飞秒光纤光栅的高温传感阵列。采用飞秒激光刻写的光纤光栅和管式封装方法，扩大并提升了传感器的测温范围和机械强度。研究并优化了涉及退火步骤、退火时间、退火温度在内的退火工艺，并进行多次退火（800 ℃，20 h）处理，提高了光纤布拉格光栅的稳定性。通过对其进行标定测试，获得了温度-波长的精确拟合函数。结果表明，传感器在100~500 ℃温度范围内的精度达±0.2 ℃。经过现场测试，该传感器可实现对高功率散裂靶温度的精确测试。
光纤布拉格光栅 高温传感器 高精度 温度测量 激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106032
