[發明專利]雙長周期光纖光柵溫濕度傳感器

無效

• 申請號: 201210088050.0
• 申請日: 2012-03-29
• 公開（公告）號: CN102620858A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 喬學光;邵敏;傅海威;馮德全;馮忠耀;忽滿利
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;G01N21/41
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責任公司 61201
• 代理人: 申忠才

技術領域

本發明屬于光纖光柵傳感器技術領域，具體涉及一種能夠同時測定溫度和濕度的光纖光柵溫濕度傳感器。

背景技術

目前，基于光纖傳感原理的濕度傳感器大多是F～P腔式結構、FBG式結構和光纖端面鍍膜式結構。但是，發明人在研發的過程中發現：F～P腔式濕度傳感器和光纖端面鍍膜式濕度傳感器的制作過程復雜、實用化程度較低，FBG式濕度傳感器雖然穩定性較好，但是其靈敏度不高。因此，均難以滿足應用的需求。

對于長周期光纖光柵是一種透射型光纖光柵，無后向反射，與傳統的光纖布拉格光柵相比，在傳感測量系統中不需隔離器，長周期光纖光柵的周期相對較長，其模式耦合是同向傳輸的纖芯基模與包層模的耦合，所以長周期光纖光柵的諧振波長和幅值對外界環境的變化非常敏感，具有比光纖布拉格光柵更好的溫度、彎曲和折射率靈敏度。基于長周期光纖光柵的濕度傳感器是近年來濕度傳感測量研究的新方向。文獻1《宋韻等，基于非對稱折變型超長周期光纖光柵的濕度傳感器，中國激光，2009，36(8)：2042～2045》利用高頻CO₂激光在普通通信單模光纖上制作了非對稱折變型超長周期光纖光柵，給光柵表層涂覆一層納米復合水凝膠，實現了濕度傳感的測量。文獻2[Xiujuan?Yu，ea?al.，Relative?Humidity?Sensor?Based?on?Cascaded?Long～Period?Gratings?With?Hydrogel?Coatings?and?Fourier?Demodulation，IEEE?Photonics?Technology?Letters，2009，21(24)：1828～1830]利用兩個級聯的長周期光纖光柵搭建成一個馬-曾干涉回路，并涂覆水凝膠進行濕度增敏，相對濕度精度可達0.4％。該方法對長周期光纖光柵的寫柵裝置和技術都要求較高，導致制作成本昂貴，因此也難以普及使用。另外，基于長周期光纖光柵的濕度傳感器大都未考慮溫度與濕度的交叉影響。由于長周期光纖光柵對溫度較為敏感，這在一定程度上會降低濕度的測量精度。長周期光纖光柵濕度傳感器在實際應用中存在的與溫度之間的交叉敏感的問題，因此也限制了長周期光纖光柵濕度傳感器的進一步實用化。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服上述濕度、溫度傳感器的缺點，提供一種在同一溫度環境下可同時測量溫度與濕度、測量精度高的雙長周期光纖光柵溫濕度傳感器。

解決上述技術問題所采用的技術方案是：在兩個傳感本體之間軸向設置有溫度增敏直梁、支承直梁、金屬套管，溫度增敏直梁上設置有感溫型長周期光纖光柵6，金屬套管內設置有感濕型長周期光纖光柵，感溫型長周期光纖光柵和感濕型長周期光纖光柵的尾纖熔接在一起。

本發明的感溫型長周期光纖光柵和感濕型長周期光纖光柵的波長為1535～1555nm。

本發明的感溫型長周期光纖光柵與感濕型長周期光纖光柵的波長相同。

本發明的感濕型長周期光纖光柵的表面鍍有濕度增敏膜，濕度增敏膜為聚乙烯醇膜和/或聚谷氨酸膜，濕度增敏膜的厚度為30～50μm。

本發明的聚乙烯醇膜和聚谷氨酸膜為：在至少2層聚乙烯醇膜的外表面上鍍1層厚度為5～10μm的聚谷氨酸膜。

本發明的溫度增敏直梁和支承直梁的厚度為0.5～1mm。

本發明的溫度增敏直梁為紫銅梁。

本發明的溫度增敏直梁的一端設置在一個傳感本體上、另一端切成矩形槽與另一個傳感本體搭接。

本發明的金屬套管上徑向加工有孔徑為0.5～1mm的透氣孔。

本發明采用在傳感本體上設置一個感溫型長周期光纖光柵和一個感濕型長周期光纖光柵，將感溫型長周期光纖光柵和感濕型長周期光纖光柵的尾纖進行熔接，當外界環境的溫度發生變化時，長周期光纖光柵纖芯基模和包層模的有效折射率及光柵周期都會發生變化，導致長周期光纖光柵的諧振波長變化，當外界環境的濕度發生變化時，使長周期光纖光柵上的濕敏膜的折射率發生改變，進而影響光纖光柵纖芯基模和包層模的有效折射率，也會導致長周期光纖光柵的諧振波長變化，通過檢測感溫型長周期光纖光柵和感濕型長周期光纖光柵的透射波長，可得到環境的溫度與濕度信息，實現雙參量同時測量，而且測量精度高，提高了傳感器的可靠性與安全性。本發明具有測量精度高、可同時測量溫度和濕度等優點，可作為同時測量溫度和濕度的傳感器。

附圖說明

圖1為本發明的實施例1結構示意圖。

圖2為圖1中感濕型長周期光纖光柵6的結構示意圖。