[發(fā)明專利]一種快速響應(yīng)式光纖布拉格光柵濕度傳感器系統(tǒng)及其應(yīng)用方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010021282.9
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN111141691A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張俊;高侃
• 申請（專利權(quán)）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(wù)所 31285
• 代理人: 黃琮;夏燁

本發(fā)明涉及一種快速響應(yīng)式光纖布拉格光柵濕度傳感器系統(tǒng)及其應(yīng)用方法，包括順次連接的光源、波分復(fù)用器、FBG濕度傳感器，還包括接入波分復(fù)用器的解調(diào)設(shè)備，其特征在于，所述光源的輸出光功率范圍在100mW～2W之間且輸出光的波長與解調(diào)設(shè)備內(nèi)光源的輸出波長錯開，所述光源及所述解調(diào)設(shè)備按照各自輸出光的波段分別連接在所述波分復(fù)用器的兩個不同的波長通道上，所述波分復(fù)用器的公共端通過一段傳輸光纖與FBG濕度傳感器相連，本發(fā)明能大幅度提升濕度傳感器的響應(yīng)速度，具有抗電磁干擾、安全的特性，適用于易燃易爆，強電磁干擾的特殊環(huán)境下的快速濕度測量，并能進行大規(guī)模組網(wǎng)，在長距離下也能夠達到快速響應(yīng)的效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖傳感領(lǐng)域，涉及一種快速響應(yīng)的光纖布拉格光柵(FBG)濕度傳感器系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著科學技術(shù)的進步以及工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展，濕度的測量變得越來越重要。而在石油化工、電力行業(yè)、武器彈藥庫等存在強電磁干擾及易燃易爆的場合下，現(xiàn)有的電學式濕度傳感器容易失效，甚至會引發(fā)安全事故，造成無法挽回的巨大損失。

光纖濕度傳感器通過檢測光波的強度、相位、波長等參量的變化實現(xiàn)對環(huán)境濕度的傳感，具備本質(zhì)安全(電無源)、不受電磁干擾的特點。而光纖布拉格光柵型(簡稱FBG)濕度傳感器作為光纖傳感器家族的一員，有體積小、重量輕、便于批量刻制的特點。且其基于波長檢測的傳感特點，更具備不受距離影響，對功率不敏感，組網(wǎng)手段豐富的優(yōu)勢，可以進行遠距離、大規(guī)模準分布式傳感。因此具有較高的工程化應(yīng)用價值。

FBG濕度傳感器的核心部分由FBG及聚合物濕敏薄膜組成，濕敏薄膜受到環(huán)境相對濕度影響，會吸濕(膨脹)，脫濕(收縮)，然后通過一定的封裝方式將濕敏薄膜的應(yīng)變傳遞到FBG上，利用FBG中心波長對應(yīng)變的敏感特性實現(xiàn)對環(huán)境相對濕度的傳感。根據(jù)封裝方式的不同，現(xiàn)有的FBG型濕度傳感器主要分為兩種：一種是將聚合物濕敏薄膜直接涂覆或覆蓋于FBG表面，另一種是利用一定的機械結(jié)構(gòu)，將聚合物濕敏薄膜的應(yīng)變傳遞到FBG軸向方向上，實現(xiàn)應(yīng)變與相對濕度的傳遞的。但是，無論哪種封裝方式，F(xiàn)BG濕度傳感器的響應(yīng)速度都離不開濕敏薄膜吸濕/脫濕的速度。雖然在工藝上，可以通過減小薄膜厚度，或者改善聚酰亞胺材料的性能來減小濕敏薄膜與環(huán)境中水分子的反應(yīng)時間，但通過這些方式提高響應(yīng)速度的程度有限，并且這些方法都是靠改變光纖及濕敏涂層的物理、化學參數(shù)來獲得相應(yīng)速度的提升，實現(xiàn)手段較為單一。

此外，一味地減小濕敏薄膜的厚度，會降低FBG濕度傳感器的濕度靈敏度。因此，一般的FBG濕度傳感器的靜態(tài)響應(yīng)時間都在數(shù)分鐘，甚至數(shù)十分鐘以上，很難滿足濕度環(huán)境的動態(tài)監(jiān)測需求。

綜上，急需要采用一種新的手段，進一步大幅度地提升FBG濕度傳感器的響應(yīng)速度，使得FBG濕度傳感器的整體響應(yīng)速度滿足各種動態(tài)、靜態(tài)濕度環(huán)境監(jiān)測的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種快速響應(yīng)式光纖布拉格光柵濕度傳感器系統(tǒng)及其應(yīng)用方法，可以大幅度提升其響應(yīng)速度。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實現(xiàn)的：

一種快速響應(yīng)式光纖布拉格光柵濕度傳感器系統(tǒng)，包括順次連接的光源1、波分復(fù)用器3、FBG濕度傳感器5，還包括接入波分復(fù)用器3的解調(diào)設(shè)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(diào)設(shè)備2內(nèi)光源的輸出波長錯開，所述光源1及所述解調(diào)設(shè)備2按照各自輸出光的波段分別連接在所述波分復(fù)用器3的兩個不同的波長通道上，所述波分復(fù)用器3的公共端與FBG濕度傳感器5相連。

進一步的，所述FBG濕度傳感器5結(jié)構(gòu)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。

進一步的，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。

進一步的，所述光源1為980nm泵浦光源或1480nm拉曼泵浦光源。