[發明專利]一種基于半腐蝕光纖光柵的溫度不敏感溶液濃度傳感器

無效

• 申請號: 201410356483.9
• 申請日: 2014-07-23
• 公開（公告）號: CN104089927A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 沈常宇;陳德寶;劉樺楠;魏健;路艷芳
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明提供了一種基于半腐蝕光纖光柵的溫度不敏感溶液濃度傳感器，屬于光纖傳感技術領域。

背景技術

光纖光柵是近十多年來得到迅速發展的光纖器件，它是通過一定的方法在光纖纖芯形成永久性折射率周期性調制變化的光纖器件。耦合模理論是光纖光柵的基礎，它以光柵的波長作為傳感媒介，通過波長漂移獲得外界物理量的變化。由于光纖光柵具有許多獨特的優點，尤其是損耗小、容量大、抗電磁干擾等，使它在光纖通信和光纖傳感領域受到重視并得到廣泛應用。

發明內容

本發明目的在于提供了一種基于半腐蝕光纖光柵的溫度不敏感溶液濃度傳感器。不同濃度的溶液的折射率不同，該傳感器能夠將濃度參量的變化轉化為折射率參量的變化，對光纖光柵波長產生影響，并且通過半腐蝕光纖光柵解決了溫度交叉敏感效應，具有結構簡單、制作成本低、易于操作等特點。

本發明通過以下技術方案實現：

一種基于半腐蝕光纖光柵的溫度不敏感溶液濃度傳感器，其特征在于：由單模光纖(1)、光纖布拉格光柵(2)、半腐蝕光纖布拉格光柵(3)組成；本發明中，用于刻寫光纖布拉格光柵的光纖采用單模光纖，使用KrF準分子激光器采用相位掩膜方法進行光柵的刻寫(248納米)。

所述的一種基于半腐蝕光纖布拉格光柵的溫度不敏感溶液濃度傳感器，其特征在于：單模光纖(1)采用纖芯參雜鍺/硼的單模光纖(SMF-28-Fiber)，纖芯直徑8～10微米，包層直徑125微米。

所述的一種基于半腐蝕光纖光柵的溫度不敏感溶液濃度傳感器，其特征在于：光纖布拉格光柵(2)的光柵周期為1072納米，光纖布拉格光柵的中心波長為1552.04納米，反射率為99.6％。

所述的一種基于半腐蝕光纖光柵的溫度不敏感溶液濃度傳感器，其特征在于：半腐蝕光纖布拉格光柵(3)采用兩次腐蝕法獲得，直徑為6.5微米，所用腐蝕溶液為氫氟酸(HF)，第一次氫氟酸溶液濃度為45％，腐蝕約40分鐘，第二次氫氟酸溶液濃度為15％，腐蝕過程中采用摻鉺光纖器(EDFA)作為入射光源，通過光譜分析儀(OSA)對反射譜峰進行實時觀測。

本發明的工作原理是：光纖光柵在腐蝕掉后半部分包層后呈現出不同的特性，半腐蝕光纖光柵的反射光譜中存在兩個波峰，溫度變化時，波峰會發生紅移，但是雙峰波長差恒定不變，溶液濃度的變化會引起相應的折射率的變化，折射率的變化會改變雙峰波長差的大小，所以把波峰差值作為被測量來測量溶液濃度。

本發明的有益效果是：本裝置將待測溶液濃度的測量轉化為反射譜峰差值的測量，溶液濃度不同，則折射率不同，反射雙峰波長差不同，利用半腐蝕光纖光柵的兩個反射譜峰的雙峰波長差來消除了溫度交叉敏感效應帶來的影響，其結構簡單、制作成本低、易于操作。

附圖說明

圖1是一種基于半腐蝕光纖光柵的溫度不敏感傳感器示意圖；

圖2是半腐蝕光纖光柵反射譜峰雙峰波長差示意圖；

圖3是半腐蝕光纖光柵反射峰波長漂移及雙峰波長差的溫度特性示意圖；

圖4是反射譜峰的雙峰波長差與糖溶液濃度關系示意圖；

具體實施方式

下面結合附圖及實施實例對本發明作進一步描述：

參見附圖1，一種基于半腐蝕光纖光柵的溫度不敏感溶液濃度傳感器，其特征在于：由單模光纖(1)、光纖布拉格光柵(2)、半腐蝕光纖布拉格光柵(3)組成；本發明中，用于刻寫光纖布拉格光柵的光纖采用單模光纖，使用KrF準分子激光器采用相位掩膜方法進行光柵的刻寫(248納米)。單模光纖(1)采用纖芯參雜鍺/硼的單模光纖(SMF-28-Fiber)，纖芯直徑8～10微米，包層直徑125微米。光纖布拉格光柵(2)的光柵周期為1072納米，光纖布拉格光柵的中心波長為1552.04納米，反射率為99.6％。半腐蝕光纖布拉格光柵(3)采用兩次腐蝕法獲得，直徑為6.5微米。

參見附圖2，半腐蝕光纖光柵反射譜峰雙峰波長差示意圖，光纖光柵的后半部分在腐蝕掉包層后，其反射譜峰上出現兩個波峰。參見附圖3，反射譜峰會隨溫度增加出現紅移，但是雙峰波長差保持恒定。參見附圖4，雙峰波長差隨糖溶液濃度的變化而變化，因此為了消除溫度交叉敏感效應對測量的影響，可以把雙峰波長差作為被測量。