[發明專利]一種雙參量光纖傳感器及其測量方法

有效

• 申請號: 201911392040.4
• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN111024138B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 鐘懿;胡廣;郭澤豪;鐘少恒;胡廉;劉百燊;徐志軍;岳朝暉;李文軒;曹小冬
• 申請（專利權）人: 廣東電網有限責任公司;廣東電網有限責任公司佛山供電局
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 劉俊

1.一種雙參量光纖傳感器的測量方法，其特征在于，所述方法用于測量雙參量光纖傳感器，所述雙參量光纖傳感器包括光源(1)、傳輸光纖(2)、光纖傳感結構(3)和光譜分析儀(4)，其特征在于，所述光源(1)的輸出端通過傳輸光纖(2)與光纖傳感結構(3)的輸入端連接，光纖傳感結構(3)輸出端與光譜分析儀(4)連接；

所述光纖傳感結構(3)包括單模光纖(31)、光纖PBF結構(32)、光纖LPFG結構(33)，所述單模光纖(31)的端面與光纖PBF結構(32)固定連接，并且所述單模光纖(31)的端面位于光纖PBF結構(32)的尾纖處的部分，與光纖LPFG結構(33)連接；所述方法包括以下步驟：

S1、理論分析：將光纖PBF結構(32)利用熔接機與單模光纖(31)端面連接，并使單模光纖(31)端面與端面切平的光纖LPFG結構(33)串聯形成雙參量測量的傳感器，當環境溫度與應變發生改變時，光纖PBF結構(32)的內部液體折射率以及光纖LPFG結構(33)的包層折射率會發生改變，因此，透射光譜的波長也會隨之發生漂移，假定光纖PBF結構(32)和光纖LPFG結構(33)溫度與應變感應的透射光譜的波長變化線性且獨立無關，因此只要確定靈敏系數矩陣就可以通過光纖PBF結構(32)和光纖LPFG結構(33)波長變化值求解方程得到相應的溫度與應變值；

S2、光纖傳感器制備：制備兩個光纖傳感器，包括傳感器一和傳感器二；

傳感器一的制備為：將光子晶體光纖利用真空泵將折射率為1.51的溫敏液體引入到空氣孔中，形成光子帶隙光纖PBF結構(32)；

傳感器二的制備為：將單模光纖的一端去除涂覆層，并用酒精清潔干凈，然后用切割刀切平，將單模光纖去除涂覆層的部分置于二氧化碳打標機中對其進行打標，設定周期數為40，寫制周期為500um，打標7次后，利用熔接機將另一端與光纖PBF結構(32)串聯形成雙參量測量的傳感器；

S3、雙參量特性研究：光纖PBF結構(32)的光子帶隙波長及光纖LPFG結構(33)峰值波長均隨著應變的改變而漂移，且都會隨著加載量的增加向著短波長方向漂移；其中光纖PBF結構(32)的監測點選取損耗為-28dB的點，在應變力0N～21N范圍內波長從1180.182nm漂移至1177.530nm，加載靈敏度為-0.13162nm/N；在溫度35℃～75℃范圍內波長從1249.802nm漂移至970.423nm，溫度靈敏度系數為-6.321nm/℃；光纖LPFG結構(33)的監測點為諧振峰中心波長，在應變力0N～21N范圍內波長從1289.625nm漂移至1284.521nm，加載靈敏度為-0.232nm/N；在溫度35℃～75℃范圍內波長從1288.160nm漂移至1289.896nm，溫度靈敏度系數為-0.041nm/℃；線性度均達到了0.99以上；

S4、得出結論：對所述傳感器溫度和應變傳感特性進行了研究，建立了該傳感器溫度及應變和光譜波長之間的數學模型，通過該傳感器的靈敏系數矩陣便可以同時監測外界溫度和應變雙參量變化。

2.根據權利要求1所述的雙參量光纖傳感器的測量方法，其特征在于，所述光纖PBF結構(32)利用熔接機與單模光纖(31)的端面連接，與另一端端面切平的光纖LPFG結構(33)熔接而成。

3.根據權利要求1所述的雙參量光纖傳感器的測量方法，其特征在于：所述PBF結構(32)的光子帶隙部分為1300nm～1600nm。