[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

本發明公開了一種雙參量光纖傳感器及其測量方法，所述傳感器包括光源、傳輸光纖、光纖傳感結構和光譜分析儀，光源的輸出端通過傳輸光纖與光纖傳感結構的輸入端連接，光纖傳感結構輸出端與光譜分析儀連接；光纖傳感結構包括單模光纖、PBF結構、LPFG結構，單模光纖的端面與PBF連接，并且其端面位于PBF的尾纖處與LPFG結構連接。所述傳感器結構簡單，成本低，測量穩定性好，對應力和溫度的交叉敏感。所述測量方法首先進行理論分析，然后進行光纖傳感器的制備，再研究其雙參量特性，最后得出測量結論；本發明通過對該傳感器溫度和應變傳感特性進行了研究，通過該系統的傳感系數矩陣便可以同時監測外界溫度和應變雙參量的變化。

技術領域

本發明涉及光纖傳感器領域，更具體地，涉及一種雙參量光纖傳感器及其測量方法。

背景技術

隨著現代光纖通信技術的發展，光纖傳感技術逐步進入傳感領域市場，相對于傳統傳感器，光纖傳感器質量輕，體積小，抗腐蝕，損耗低，測量精度高，測量范圍廣，更符合現代傳感技術的發展要求，被廣泛應用于航空航天、化學檢測、健康監測、石油勘探以及生物醫學等各個領域。

溫度和應變是兩個對于材料非常重要的參數，在醫學檢測，工業生產以及大型飛行器件的正常運行都應用廣泛，針對溫度和應變傳感器的研究也越來越多。

其中，溫度和應變是傳統傳感器能夠直接傳感測量的兩個最基本的物理參量，它們構成了其它各物理量傳感的基礎。

目前針對傳感器的研究更多的是單一變量的傳感測量，而實際環境并不是簡單的單一變量，交叉敏感問題無處不在。近年來，對于雙參數測量傳感器的研究也受到研究者的廣泛青睞，其中2012年葡萄牙C.Gouveia等人利用高雙折射光纖制作了能夠同時傳感折射率和溫度的光柵腔傳感器，通過分別測量干涉條紋對比度和波長漂移變化來解調折射率和溫度的變化，實現的快慢軸折射率靈敏度分別達到-1.06％0.01RIU和-0.96％.0.0RIU，溫度靈敏度達到10.52pm/℃和10.13pm/℃；同年，西北工業大學邵敏等人利用長周期光纖光柵(LPFG結構)和保偏光纖(PMF)Sagnac環透射光譜的調制特性，設計了溫度和折射率同時區分測量系統，其中溫度靈敏度0.1286nm/℃，折射率靈敏度為49.38dB/RIU。2014年JianyingYuan等人利用長周期光纖光柵(LPFG結構)與Sagnac干涉環串聯，實現了溫度及折射率的同時測量，折射率靈敏度為16.864nm/RIU，溫度靈敏度為1.533nm/℃。2015年，簡永生課題組提出了一種基于耦合型雙芯光纖級聯布拉格光纖光柵的溫度與應力雙參數解耦測量的全光纖型傳感系統，可以分別實現4.3048με及0.4562℃的應力與溫度傳感測量分辨率。2017年，天津大學徐德剛設計了一種基于級聯保偏光纖(PMF)和長周期光纖光柵(LPFG結構)的Sagnac環溫度和環境折射率雙參量傳感器，其中，溫度靈敏度為1.2nm/℃，環境折射率靈敏度為15nm/RIU。

發明內容

(一)解決的技術問題

針對現有技術的不足，本發明提供了一種雙參量光纖傳感器及其測量方法，解決了目前針對傳感器的研究更多的是單一變量的傳感測量，而實際環境并不是簡單的單一變量，交叉敏感問題無處不在的問題。

(二)技術方案

為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：

本發明提供一種雙參量光纖傳感器，包括光源結構、傳輸光纖、光纖傳感結構和光譜分析儀。

所述光纖傳感結構包括單模光纖、PBF、LPFG結構，所述單模光纖的端面與光纖PBF結構連接，并且單模光纖的端面且位于光纖PBF結構的尾纖處與LPFG結構連接。

本發明還提供一種雙參量光纖傳感器測量方法，包括以下步驟：