[發明專利]一種光纖光柵傳感器

無效

• 申請號: 200810232241.3
• 申請日: 2008-11-12
• 公開（公告）號: CN101424632A
• 公開（公告）日: 2009-05-06
• 發明（設計）人: 杜兵
• 申請（專利權）人: 西安金和光學科技有限公司
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01B11/16
• 代理公司: 西安創知專利事務所
• 代理人: 李子安

所屬技術領域

本發明涉及一種光纖光柵傳感器，是借助光纖和光纖光柵進行探測濕度變化的傳感器，該方法屬于傳感技術領域。

背景技術

濕度的測量在工農業生產和日常生活中應用非常廣泛，如農業生產的溫室環境，煙草、茶葉、木材加工的干燥過程，制藥車間、醫院、手術室、細菌培養室等人工環境，博物館、圖書館、檔案室、實驗室、機房等重要場所都需要進行濕度測量和控制。尤其在礦井環境中，水層對巖石的滲透容易引發坍塌，通過對環境濕度變化的監測，可有效地避免此類礦難的發生。

目前最常用的濕度測量儀器是干濕球濕度計，利用濕球水分蒸發吸收潛熱大于干球，使得濕球附近溫度低于干球附近溫度，根據溫度差獲得相對濕度值。但為了正確地得到濕球溫度，濕球附近空氣應有足夠的風速。同時該方法很難實現數字化遠距離傳輸結果，無法滿足很多生產生活的實際需要。

發明內容

本發明的目的是制定一種使用光纖光柵(如布拉格光柵)的傳感器，以避免上述缺陷。

為此，本發明提出了一種光纖光柵傳感器，包括寬帶光源、光纖、固定波長的濾波器、探測器和安置于光纖上的位于測量點的用于監測濕度變化的光纖光柵，其特征在于：

一該光纖光柵表面鍍有一層聚酰亞胺，

—固定波長的濾波器，只允許一窄的光波長帶通過，而限制其他波長通過，且其允許通過的波長帶不在光纖光柵的反射波長帶內，并與所述的反射波長帶有預設波長差值，

—寬帶光源從光纖的所謂的入射端注入探測光，當被監測濕度變化達到一定量值時，位于測量點處的鍍有聚酰亞胺的光纖光柵的反射波長帶至少漂移了上述的預設波長差值，從而使該反射波長帶至少覆蓋了固定波長的濾波器允許通過的波長帶的一部分，這時，該測量點處的光纖光柵對寬帶光源入射的探測光信號產生的反射光信號，至少一部分反射光信號可以通過固定波長的濾波器而到達探測器，從而探測到所述濕度的變化。

本發明是探測受監測濕度變化的一種光纖光柵傳感器，是在光纖光柵表面鍍有一層聚酰亞胺，其厚度為20-50微米，當聚酰亞胺吸收或釋放水蒸氣并使其自身發生變形時，光纖光柵也隨之改變，從而使光纖光柵發生軸向應變，導致光纖光柵選擇性作用波長帶位置漂移。如果在一個鍍有聚酰亞胺的光纖光柵附近的受監測的濕度發生了變化，且發生的變化達到了我們關心的程度，這時光纖光柵的反射波長帶至少漂移了預設波長差值，從而使該反射波長帶至少覆蓋了固定波長的濾波器允許通過的波長帶的一部分，這時，該測量點處的光纖光柵就對寬帶光源入射的探測光信號產生的反射光信號，至少一部分反射光信號可以通過固定波長的濾波器而到達探測器，這說明有應力存在，從而可探測到相應濕度的變化。

在實際工程中，我們常常只需要獲取一部分濕度變化的數據，就可以達到我們的目標，如在一個需要監測濕度的現場中的濕度報警系統中，對在65％RH至75％RH之間時的濕度狀態我們不是迫切需要了解，我們只需設定一個監測報警濕度，如60％RH，然后測量出該光纖光柵在60％RH時的選擇性作用波長帶并選取一個波長作為固定波長的濾波器的通過波長，所述光纖光柵在70％RH時，其選擇性作用波長帶與選定的固定波長的濾波器允許通過的波長有波長差，將該傳感器安裝在監測的地方，在探測器前安置該固定波長的濾波器，所述鍍有聚酰亞胺的光纖光柵，在通常情況下，環境濕度在65％RH至75％RH之間時，其反射的光信號的波長帶與安裝的固定波長的濾波器允許通過的波長帶有波長差，這時反射的光信號不能通過固定波長的濾波器，探測器將探測不到光信號，只有當測量點處的濕度接近或達到60％RH時，該測量點處的光纖光柵反射波長帶就會漂移并與固定波長的濾波器允許通過的波長帶交叉重疊，此時，會至少有一部分反射的光信號通過固定波長的濾波器，到達探測器，探測器上會監測到明顯的光信號，從而觸發了濕度報警條件，達到了監測的目的。

在實際工程條件下，僅監測濕度的一個量值常常是不夠的，所以可以設置多個固定波長的濾波器，其允許不同的光波長帶通過，且其允許通過的波長帶都不在鍍有聚酰亞胺光纖光柵的反射波長帶內，并與所述的反射波長帶有不同的預設波長差值，從而可以探測出測量點處濕度變化的多個量值，同時就可以看出測量點濕度變化的趨勢，以便更好的監測。

可以在一根光纖上的多個測量點分別設置多個鍍有聚酰亞胺光纖光柵，且光纖光柵具有基本相同的反射波長帶，從而測量多個點的濕度的變化。并且根據反射光信號與時間的關系可以確定有變化的測量點的位置。

附圖說明：

圖1是表示一個布拉格光柵的反射光譜、一個固定波長的濾波器允許通過的光譜及兩者的關系圖；