[發(fā)明專利]一種采用光纖光柵傳感器的毛發(fā)式溫濕度傳感探頭

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710310314.5
• 申請(qǐng)日: 2017-04-28
• 公開（公告）號(hào): CN108801497A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宛立君;吳苗成;李麗丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 宛立君;吳苗成;李麗丹;杭州棱光科技有限公司
• 主分類號(hào): G01K11/32
• 分類號(hào): G01K11/32;G01N21/17
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種采用光纖光柵傳感器的毛發(fā)式溫濕度傳感探頭，廣泛應(yīng)用于環(huán)境參數(shù)監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。其技術(shù)方案為：探頭由襯底(1)、毛發(fā)固定結(jié)構(gòu)(2)、毛發(fā)(3)、毛發(fā)?光纖轉(zhuǎn)接件(4)、濕度傳感光纖光柵(5)、光纖固定件(6)、溫度傳感光纖光柵(7)、光纖固定件(8)、尾纖(9)等組成。光纖光柵溫度傳感器采用光纖光柵感知外界溫度變化，光纖光柵濕度傳感器采用毛發(fā)式濕度敏感原理測量環(huán)境相對(duì)濕度。探頭將光纖光柵溫濕度傳感器配合使用，可實(shí)現(xiàn)傳感端無源化、全光化，并具備波分復(fù)用功能和信號(hào)遠(yuǎn)程傳輸功能。

1、技術(shù)領(lǐng)域：

環(huán)境參數(shù)監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域

2、背景技術(shù)：

目前國內(nèi)外各公司生產(chǎn)的溫濕度傳感探頭主要包括以水銀溫度計(jì)組成的干濕球溫濕度探頭、濕敏電阻式溫濕度探頭、濕敏電容式溫濕度探頭等通用產(chǎn)品，尚未有采用光纖光柵傳感器和毛發(fā)式濕度測量相結(jié)合的溫濕度探頭。傳統(tǒng)毛發(fā)式溫濕度探頭技術(shù)較為成熟，主要采用毛發(fā)與指針結(jié)合組成干濕度表，以毛發(fā)遇濕膨脹帶動(dòng)指針旋轉(zhuǎn)測得空氣中的相對(duì)濕度值，這種類型的溫濕度計(jì)成本低，性能一般。而且，該溫濕度計(jì)只能每個(gè)探頭獨(dú)立使用，只能依靠人工完成數(shù)據(jù)讀取及記錄，使用中便利性差、人工成本高，更無法做到多傳感探頭組網(wǎng)使用、溫濕度數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)裙δ埽痪邆渲悄芑褂玫臈l件。而電阻式、電容式溫濕度傳感探頭是通過溫敏、濕敏電子元器件感知溫度和濕度數(shù)據(jù)，其使用過程中需要供電，數(shù)據(jù)傳輸也需要電源及相關(guān)電纜進(jìn)行輔助，無法做到傳感端無源化，且電子器件對(duì)使用環(huán)境比較敏感，長時(shí)間使用容易老化，產(chǎn)生精度的下降。采用光纖光柵傳感器作為溫度和濕度敏感元件，再利用毛發(fā)式濕度傳感法組成溫濕度傳感探頭，可以做到敏感元件全光纖化，探頭性能穩(wěn)定、使用壽命長，利用光纖傳輸數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)傳感數(shù)據(jù)的長距離傳輸，因此該探頭具備適合傳感數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸、探頭使用壽命長、性能穩(wěn)定、抗電磁干擾強(qiáng)等天然優(yōu)勢。

3、發(fā)明內(nèi)容：

采用光纖光柵傳感器的干濕法溫濕度傳感探頭的目的在于：

1)采用毛發(fā)伸縮與濕度的關(guān)系，將毛發(fā)與刻蝕在光纖上的光柵相結(jié)合作為敏感元件組成濕度傳感器，該濕度傳感器與光纖光柵溫度傳感器相結(jié)合構(gòu)成溫濕度傳感探頭，可以實(shí)現(xiàn)無源化、全光化的傳感終端。該探頭在電磁敏感場合使用具有安全可靠的優(yōu)勢。

2)利用光纖光柵的波長區(qū)分特性可以實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用功能，多個(gè)溫濕度傳感探頭所用光纖光柵的中心波長不同，可串聯(lián)在同一根光纖上實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用。

3)探頭內(nèi)集成兩只相同規(guī)格的光纖光柵，一只光纖光柵與毛發(fā)相連并施加一定的預(yù)應(yīng)力，利用毛發(fā)隨濕度變化伸縮的特性帶動(dòng)光纖光柵伸縮，光纖光柵的伸縮導(dǎo)致濕度傳感光纖光柵反射光譜中心波長的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境濕度的敏感。另一只光纖光柵用于環(huán)境溫度的感知和測量，并補(bǔ)償濕度傳感光纖光柵中心波長隨溫度的變化量。

4)毛發(fā)式光纖光柵溫濕度傳感探頭所感測到的溫濕度信息以其中心波長的變化來體現(xiàn)，該波長變化可轉(zhuǎn)化為遠(yuǎn)端光源輸入到探頭的激光的波長變化，通過傳輸光纖可將攜帶溫濕度信息的激光遠(yuǎn)距離回傳至遠(yuǎn)端信號(hào)處理設(shè)備進(jìn)行溫濕度數(shù)據(jù)解算。

4、附圖說明：

圖1是上述的一種采用光纖光柵傳感器的毛發(fā)式溫濕度傳感探頭的工作原理圖。

5、具體實(shí)施方式：

圖1示出了采用光纖光柵傳感器的毛發(fā)式溫濕度傳感探頭的工作原理圖。探頭主要由襯底(1)、毛發(fā)固定結(jié)構(gòu)(2)、毛發(fā)(3)、毛發(fā)-光纖轉(zhuǎn)接件(4)、濕度傳感光纖光柵(5)、光纖固定件(6)、溫度傳感光纖光柵(7)、光纖固定件(8)、尾纖(9)等組成部分。毛發(fā)固定結(jié)構(gòu)(2)與襯底(1)剛性連接，毛發(fā)(3)左端與毛發(fā)固定結(jié)構(gòu)(2)連接，毛發(fā)(3)右端與濕度傳感光纖光柵(5)左端之間通過毛發(fā)-光纖轉(zhuǎn)接件相連(4)，毛發(fā)(3)和濕度傳感光纖光柵(5)施加一定的預(yù)應(yīng)力，濕度傳感光纖光柵(5)右端與光纖固定件(6)相連；濕度傳感光纖光柵(5)與溫度傳感光纖光柵(7)刻蝕在同一根光纖上，溫度傳感光纖光柵(7)固定在光纖固定件(6)和光纖固定件(8)之間。

濕度傳感光纖光柵與毛發(fā)通過毛發(fā)-光纖轉(zhuǎn)接件組成一體化濕度敏感元件，兩者固定在襯底上并施加一定的預(yù)應(yīng)力；當(dāng)濕度變化時(shí)，毛發(fā)隨之發(fā)生伸縮并帶動(dòng)濕度傳感光纖光柵進(jìn)行伸縮，光纖光柵的伸縮會(huì)導(dǎo)致其反射譜中心波長發(fā)生變化，通過波長解調(diào)儀檢測該波長變化并轉(zhuǎn)化為濕度變化。溫度傳感光纖光柵固定在襯底上，不施加預(yù)應(yīng)力，利用光纖光柵反射譜中心波長與溫度的線性關(guān)系得到環(huán)境溫度值。該溫度值同時(shí)用于濕度傳感光柵由于溫度變化而產(chǎn)生的中心波長變化量的補(bǔ)償，提高濕度測量精度。