[發明專利]一種快速響應式光纖布拉格光柵濕度傳感器系統及其應用方法

在審

• 申請號: 202010021282.9
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN111141691A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 張俊;高侃
• 申請（專利權）人: 上海傳輸線研究所(中國電子科技集團公司第二十三研究所)
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/01
• 代理公司: 上海市嘉華律師事務所 31285
• 代理人: 黃琮;夏燁

1.一種快速響應式光纖布拉格光柵濕度傳感器系統，包括順次連接的光源(1)、波分復用器(3)、FBG濕度傳感器(5)，還包括接入波分復用器(3)的解調設備(2)，其特征在于，所述光源(1)的輸出光功率范圍在100mW～2W之間且輸出光的波長與解調設備(2)內光源的輸出波長錯開，所述光源(1)及所述解調設備(2)按照各自輸出光的波段分別連接在所述波分復用器(3)的兩個不同的波長通道上，所述波分復用器(3)的公共端與FBG濕度傳感器(5)相連。

2.根據權利要求1所述的一種快速響應式光纖布拉格光柵濕度傳感器系統，其特征在于，所述FBG濕度傳感器(5)結構為光纖上緊鄰地刻制兩個FBG分別作為溫度FBG和濕度FBG，所述溫度FBG表面去除涂覆層以進行溫度補償，所述濕度FBG表面涂覆濕敏薄膜。

3.根據權利要求1所述的一種快速響應式光纖布拉格光柵濕度傳感器系統，其特征在于：所述濕度FBG表面涂覆濕敏薄膜為聚甲基丙烯酸甲酯或聚酰亞胺。

4.根據權利要求1或2或3所述的一種快速響應式光纖布拉格光柵濕度傳感器系統，其特征在于：所述光源(1)為980nm泵浦光源或1480nm拉曼泵浦光源。

5.根據權利要求1或2或3所述的一種快速響應式光纖布拉格光柵濕度傳感器系統，其特征在于：所述解調設備(2)為光纖光柵波長解調儀或由ASE光源、光纖耦合器、光譜分析儀組合而成的FBG波長解調系統。

6.根據權利要求1或2或3所述的一種快速響應式光纖布拉格光柵濕度傳感器系統，其特征在于：所述波分復用器(3)與FBG濕度傳感器(5)之間通過傳輸光纖(4)進行連接，所述傳輸光纖(4)為長距離傳輸光纖且長度為1km～10km。

7.根據權利要求1或2或3所述的一種快速響應式光纖布拉格光柵濕度傳感器系統，其特征在于：所述波分復用器(3)為光纖波分復用器，所述光纖波分復用器為1480nm/1550nm波分復用器或980nm/1550nm波分復用器。

8.一種如權利要求1-7所述快速響應式光纖布拉格光柵濕度傳感器系統的應用方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：調節光源(1)輸出的光功率，所述光源(1)輸出的加熱光從所述波分復用器(3)的一端入射，同時，所述解調設備(2)輸出的信號光從所述波分復用器(3)的另一端端入射，所述光源(1)的加熱光和所述解調設備(2)的信號光合并后從所述波分復用器(3)的COM端輸出后進入FBG濕度傳感器(5)；

步驟2：將所述FBG濕度傳感器(5)放置于不同的溫濕度環境中，并在其中放置一個經過計量的標準溫濕度計，通過比對溫度FBG及濕度FBG的中心波長與標準溫濕度計輸出的溫、濕度值，進行擬合計算后得到所述FBG濕度傳感器(5)的溫度、濕度靈敏度系數及溫度-濕度計算方程，再利用所述溫度、濕度靈敏度系數將從解調設備中得到的FBG波長數據轉換為環境濕度值。

9.一種如權利要求8所述的快速響應式光纖布拉格光柵濕度傳感器系統應用方法，其特征在于：所述步驟1中，所述光源的輸出光功率范圍為100mW至2W；所述光源(1)輸出加熱光的工作波長范圍與所述解調設備(2)輸出的寬帶信號光的工作波長范圍錯開，所述所述光源(1)的加熱光和所述解調設備(2)的信號光合并后從所述波分復用器(3)的COM端輸出后通過傳輸光纖(4)進入FBG濕度傳感器(5)，所述傳輸光纖(4)的長度L為1～10km且FBG濕度傳感器中的濕度FBG及溫度FBG的中心波長的變化范圍應包含在解調設備輸出的信號寬帶光的波長范圍內。

10.一種如權利要求9所述的快速響應式光纖布拉格光柵濕度傳感器系統應用方法，其特征在于：所述步驟1中，由傳輸光纖(4)及FBG溫濕度傳感器(5)組成光纖陣列，所述加熱光通過傳輸光纖(4)后對FBG濕度傳感器中的濕度FBG及溫度FBG進行加熱，所述信號光通過傳輸光纖(4)后在光纖陣列上的各個FBG上產生反射形成反射光波，所述反射光波分別經過傳輸光纖(4)、波分復用器(3)后從波分復用器(3)再次進入解調設備(2)中，利用解調設備(2)完成對光纖陣列上各個FBG的中心波長解調。