專利名稱：基于光纖布拉格光柵的濕度分布式傳感方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及了一種基于光纖布拉格光柵的濕度分布式傳感方法及設(shè)備。
背景技術(shù)：
濕度的測(cè)量在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中應(yīng)用非常廣泛，如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的溫室環(huán)境，煙草、茶葉、木材加工的干燥過程，制藥車間、醫(yī)院、手術(shù)室、細(xì)菌培養(yǎng)室等人工環(huán)境，博物館、圖書館、檔案室、實(shí)驗(yàn)室、機(jī)房等重要場(chǎng)所都需要進(jìn)行濕度測(cè)量和控制。尤其在礦井環(huán)境中，水層對(duì)巖石的滲透容易引發(fā)坍塌，通過對(duì)環(huán)境濕度變化的監(jiān)測(cè)，可有效地避免此類礦難的發(fā)生。
目前最常用的濕度測(cè)量儀器是干濕球濕度計(jì)，利用濕球水分蒸發(fā)吸收潛熱大于干球，使得濕球附近溫度低于干球附近溫度，根據(jù)溫度差獲得相對(duì)濕度值。但為了正確地得到濕球溫度，濕球附近空氣應(yīng)有足夠的風(fēng)速。同時(shí)該方法很難實(shí)現(xiàn)分布式遠(yuǎn)距離的濕度測(cè)量，無法滿足很多生產(chǎn)生活的實(shí)際需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種測(cè)量精度高，易于集成和封裝的基于光纖布拉格光柵的濕度分布式傳感方法，同時(shí)提供了實(shí)現(xiàn)該方法的設(shè)備。
本發(fā)明的方法包括以下步驟1、選擇n個(gè)反射峰波長位置間隔大于2納米的光纖布拉格光柵通過光纖進(jìn)行串聯(lián)，n≥3；2、運(yùn)用浸蘸鍍膜法在每個(gè)光纖布拉格光柵表面鍍上一層聚酰亞胺，聚酰亞胺吸收空氣中的水蒸氣會(huì)發(fā)生膨脹，從而使光纖布拉格光柵發(fā)生軸向應(yīng)變，導(dǎo)致光纖布拉格光柵反射峰位置漂移；3、將一個(gè)鍍有聚酰亞胺的光柵置于不同的濕度環(huán)境中，用已經(jīng)產(chǎn)品化的濕度計(jì)測(cè)出該光柵所在環(huán)境的濕度值；同時(shí)檢測(cè)該光柵反射峰波長漂移量；4、利用步驟3測(cè)得的數(shù)據(jù)對(duì)該光柵反射峰位置漂移與濕度的關(guān)系進(jìn)行定標(biāo)，用線性擬合的方法獲得光柵反射峰位置漂移與濕度之間的線性關(guān)系Δλ＝αH，(1)其中，Δλ為光柵反射峰波長漂移量，H為濕度值，α為比例系數(shù)；5、重復(fù)步驟3和4，獲得所有光纖布拉格光柵的反射峰位置漂移量與濕度之間的線性關(guān)系；6、將覆蓋所有光纖布拉格光柵反射峰波長的寬帶光源由①端口進(jìn)入環(huán)型器，由②端口將光輸入波分復(fù)用的一組串聯(lián)的光纖布拉格光柵；包含對(duì)應(yīng)各個(gè)光柵位置濕度信息的反射光信號(hào)，經(jīng)環(huán)型器②端口和③端口進(jìn)入光纖布拉格光柵波分復(fù)用解調(diào)系統(tǒng)解調(diào)，獲得各個(gè)光柵的反射峰波長漂移量，根據(jù)公式(1)獲得對(duì)應(yīng)檢測(cè)點(diǎn)的相對(duì)濕度。
實(shí)現(xiàn)該方法的設(shè)備包括寬帶光源與環(huán)型器①端口通過光纖連接，環(huán)型器②端口與n(n≥3)個(gè)串聯(lián)的光纖布拉格光柵通過光纖連接，所述的各個(gè)光纖布拉格光柵表面鍍有聚酰亞胺，聚酰亞胺層的厚度為20～50微米。環(huán)型器③端口與光纖布拉格光柵波分復(fù)用解調(diào)系統(tǒng)通過光纖連接。解調(diào)系統(tǒng)可以通過市場(chǎng)購買取得，例如英國SMARTFIBRES公司的W3系列光纖布拉格光柵波分復(fù)用解調(diào)系統(tǒng)。
本發(fā)明通過一組串聯(lián)的鍍有聚酰亞胺的光纖布拉格光柵進(jìn)行濕度檢測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)分布式、遠(yuǎn)距離的測(cè)量。在室溫環(huán)境下，一般空氣中相對(duì)濕度每升高1％，光柵反射峰位置向長波方向移動(dòng)5.6皮米(聚酰亞胺鍍層厚度30微米時(shí))，即系統(tǒng)靈敏度為0.18％每皮米，現(xiàn)有的光纖布拉格光柵波分復(fù)用解調(diào)系統(tǒng)分辨率可達(dá)0.2皮米，故本發(fā)明對(duì)濕度的測(cè)量精度高達(dá)0.036％。同時(shí)本發(fā)明還兼具抗電磁干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡潔安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為相對(duì)濕度與光柵反射峰波長漂移量關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1，選擇一組各個(gè)反射峰波長位置間隔3個(gè)納米的光纖布拉格光柵4進(jìn)行串聯(lián)；運(yùn)用浸蘸鍍膜技術(shù)在每個(gè)光纖布拉格光柵4表面鍍上一層30微米的聚酰亞胺3。聚酰亞胺3吸收空氣中的水蒸氣會(huì)發(fā)生膨脹，從而使光纖布拉格光柵4發(fā)生軸向應(yīng)變，導(dǎo)致光纖布拉格光柵4反射峰位置漂移。覆蓋所有光纖布拉格光柵反射峰波長的寬帶光源1與環(huán)型器2的①端口通過光纖連接，環(huán)型器2的②端口與一組鍍有聚酰亞胺3的光纖布拉格光柵4通過光纖連接，環(huán)型器2的③端口與光纖布拉格光柵波分復(fù)用解調(diào)系統(tǒng)5通過光纖連接。
如圖2，對(duì)一個(gè)光柵反射峰位置漂移與相對(duì)濕度的關(guān)系進(jìn)行定標(biāo)將鍍有聚酰亞胺的光柵置于不同的濕度環(huán)境(室溫為20攝氏度)中，用已經(jīng)產(chǎn)品化的相對(duì)濕度計(jì)測(cè)出濕度值，同時(shí)測(cè)得光柵對(duì)應(yīng)的反射峰波長漂移，定標(biāo)數(shù)據(jù)見表1。
表1

對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，可獲得波長漂移量Δλ(pm)與相對(duì)濕度H(％)的關(guān)系Δλ＝0.556H用相同方法測(cè)得其他光柵的波長漂移量Δλ(pm)與相對(duì)濕度H(％)的關(guān)系。
寬帶光源和光柵波分復(fù)用解調(diào)系統(tǒng)安裝在井上監(jiān)測(cè)中心，將各個(gè)鍍有聚酰亞胺的光纖布拉格光柵安裝在煤礦巷道內(nèi)的各個(gè)檢測(cè)位置，寬帶光由一根光纖傳輸至串聯(lián)的光柵，各個(gè)光柵的反射光經(jīng)環(huán)型器進(jìn)入光柵波分復(fù)用解調(diào)系統(tǒng)，由該系統(tǒng)讀出各個(gè)光柵的反射光波長位置，根據(jù)每個(gè)光柵的波長漂移量Δλ(pm)與相對(duì)濕度H(％)的關(guān)系，獲得光柵對(duì)應(yīng)位置測(cè)量點(diǎn)的濕度信息。
本方案具有測(cè)量精度高、安全性能好、分布式傳感、抗電磁干擾和結(jié)構(gòu)簡潔安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.基于光纖布拉格光柵的濕度分布式傳感方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)、選擇n個(gè)反射峰波長位置間隔大于2納米的光纖布拉格光柵通過光纖進(jìn)行串聯(lián)，n≥3；(2)、運(yùn)用浸蘸鍍膜法在每個(gè)光纖布拉格光柵表面鍍上一層聚酰亞胺；(3)、將一個(gè)鍍有聚酰亞胺的光柵置于不同的濕度環(huán)境中，用濕度計(jì)測(cè)出該光柵所在環(huán)境的濕度值；同時(shí)檢測(cè)該光柵反射峰的波長漂移量；(4)、利用步驟(3)測(cè)得的數(shù)據(jù)對(duì)該光柵反射峰位置漂移與濕度的關(guān)系進(jìn)行定標(biāo)，用線性擬合的方法獲得光柵反射峰位置漂移與濕度之間的線性關(guān)系Δλ＝αH其中，Δλ為光柵反射峰波長漂移量，H為濕度值，α為比例系數(shù)；(5)、重復(fù)步驟(3)和(4)，獲得所有鍍有聚酰亞胺的光纖布拉格光柵的反射峰位置漂移量與濕度之間的線性關(guān)系；(6)、將覆蓋所有光纖布拉格光柵反射峰波長的寬帶光源由①端口進(jìn)入環(huán)型器，由②端口將光輸入波分復(fù)用的一組串聯(lián)的光纖布拉格光柵；包含對(duì)應(yīng)各個(gè)光柵位置濕度信息的反射光信號(hào)，經(jīng)環(huán)型器②端口和③端口進(jìn)入光纖布拉格光柵波分復(fù)用解調(diào)系統(tǒng)解調(diào)，獲得各個(gè)光柵的反射峰波長漂移量，根據(jù)各個(gè)光柵的反射峰位置漂移量與濕度之間的線性關(guān)系獲得對(duì)應(yīng)檢測(cè)點(diǎn)的相對(duì)濕度。
2.采用權(quán)利要求1方法所使用的設(shè)備，其特征在于該設(shè)備包括n個(gè)串聯(lián)的光纖布拉格光柵，n≥3；寬帶光源與環(huán)型器①端口通過光纖連接，環(huán)型器②端口與光纖布拉格光柵組通過光纖連接；環(huán)型器③端口與光纖布拉格光柵波分復(fù)用解調(diào)系統(tǒng)通過光纖連接；所述的各個(gè)光纖布拉格光柵表面鍍有聚酰亞胺。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于光纖布拉格光柵的濕度分布式傳感方法及設(shè)備。目前常用的濕度測(cè)量方法很難實(shí)現(xiàn)分布式遠(yuǎn)距離的濕度測(cè)量。發(fā)明在光纖布拉格光柵上鍍上一層厚20～50微米的聚酰亞胺，聚酰亞胺吸收空氣中的水蒸氣會(huì)發(fā)生膨脹，引起光纖布拉格光柵上軸向應(yīng)力變化，光柵的反射峰位置發(fā)生波長漂移，通過確定反射峰波長位置可獲得空氣中濕度的信息。利用寬帶光源、波分復(fù)用的一組串聯(lián)的光纖布拉格光柵和光纖布拉格光柵解調(diào)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)濕度傳感器的分布式測(cè)量。
文檔編號(hào)G01B11/00GK1793843SQ20061004913
公開日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2006年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月17日
發(fā)明者管祖光, 陳達(dá)如, 何賽靈 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)