專(zhuān)利名稱(chēng)：一種光纖光柵傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖光柵傳感器，是借助光纖和光纖光柵進(jìn)行探測(cè)濕度變化的傳感 器，屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域。
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(guò)程，制藥車(chē)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(shū)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(guò)對(duì)環(huán)境濕度變化的監(jiān)測(cè)，可有效 地避免此類(lèi)礦難的發(fā)生。
目前最常用的濕度測(cè)量?jī)x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)數(shù)字化遠(yuǎn)距離傳輸 結(jié)果，無(wú)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)明的目的是制定一種使用光纖光柵(如布拉格光柵)的傳感器，以避免上述缺陷。 為此，本發(fā)明提出了一種光纖光柵傳感器，包括寬帶光源、光纖、固定波長(zhǎng)的濾波 器、探測(cè)器和安置于光纖上的位于測(cè)量點(diǎn)的用于監(jiān)測(cè)濕度變化的光纖光柵，其特征在于-一該光纖光柵表面鍍有一層聚酰亞胺，
一固定波長(zhǎng)的濾波器，只允許一窄的光波長(zhǎng)帶通過(guò)，而限制其他波長(zhǎng)通過(guò)，且其 允許通過(guò)的波長(zhǎng)帶不在光纖光柵的選擇性作用波長(zhǎng)帶內(nèi)，并與所述的選擇性作用波長(zhǎng)帶 有預(yù)設(shè)波長(zhǎng)差值，
一寬帶光源從光纖的所謂的入射端注入探測(cè)光，探測(cè)光通過(guò)固定波長(zhǎng)的濾波器后， 只有上述的一窄的光波長(zhǎng)帶通過(guò)，到達(dá)探測(cè)器，當(dāng)被監(jiān)測(cè)濕度變化達(dá)到一定量值時(shí)，位于 測(cè)量點(diǎn)處的光纖光柵的選擇性作用波長(zhǎng)帶至少漂移了上述的預(yù)設(shè)波長(zhǎng)差值，從而使該選擇 性作用波長(zhǎng)帶，至少覆蓋了固定波長(zhǎng)的濾波器允許通過(guò)的波長(zhǎng)帶的一部分，這時(shí)，該測(cè)量 點(diǎn)處的光纖光柵對(duì)寬帶光源入射的、可以通過(guò)固定波長(zhǎng)濾波器的探測(cè)光信號(hào)產(chǎn)生了一定的 反射或耗散，即通過(guò)固定波長(zhǎng)濾波器的光信號(hào)減少，探測(cè)器探測(cè)到光信號(hào)有明顯的變化， 從而探測(cè)到所述濕度的變化。
本發(fā)明是探測(cè)受監(jiān)測(cè)濕度變化的一種光纖光柵傳感器，是在光纖光柵表面鍍有一層聚 酰亞胺，其厚度為20-50微米，當(dāng)聚酰亞胺吸收或釋放水蒸氣并使其自身發(fā)生變形時(shí)，光 纖光柵也隨之改變，從而使光纖光柵發(fā)生軸向應(yīng)變，導(dǎo)致光纖光柵選擇性作用波長(zhǎng)帶位置 漂移。如果在一個(gè)鍍有聚酷亞胺的光纖光柵附近的受監(jiān)測(cè)的濕度發(fā)生了變化，且發(fā)生的變 化達(dá)到了我們關(guān)心的程度，這時(shí)光纖光柵的選擇性作用波長(zhǎng)帶至少漂移了預(yù)設(shè)波長(zhǎng)差值， 從而使該選擇性作用波長(zhǎng)帶至少覆蓋了可以通過(guò)固定波長(zhǎng)濾波器的波長(zhǎng)帶的一部分，這 時(shí)，該測(cè)量點(diǎn)處的光纖光柵就對(duì)寬帶光源入射的、可以通過(guò)固定波長(zhǎng)濾波器的探測(cè)光信號(hào) 產(chǎn)生了一定的反射或耗散，探測(cè)器檢測(cè)到透射光的變化，這說(shuō)明有應(yīng)力存在，從而可探測(cè) 到相應(yīng)濕度的變化。
在實(shí)際工程中，我們常常只需要獲取一部分濕度變化的數(shù)據(jù)，就可以達(dá)到我們的目標(biāo)，如在一個(gè)需要監(jiān)測(cè)濕度的現(xiàn)場(chǎng)中的濕度報(bào)警系統(tǒng)中，對(duì)在65%RH至75%RH之間時(shí)的濕 度狀態(tài)我們不是迫切需要了解，我們只需設(shè)定一個(gè)監(jiān)測(cè)報(bào)警濕度，如60%RH，然后測(cè)量 出該光纖光柵在60%RH時(shí)的選擇性作用波長(zhǎng)帶并選取一個(gè)波長(zhǎng)作為固定波長(zhǎng)的濾波器的 通過(guò)波長(zhǎng)，所述光纖光柵在70。/。RH時(shí)，其反射的光信號(hào)的波長(zhǎng)帶與安裝的固定波長(zhǎng)的濾 波器允許通過(guò)的波長(zhǎng)帶有波長(zhǎng)差，這時(shí)探測(cè)器可以探測(cè)到光信號(hào)，將該傳感器安裝在監(jiān)測(cè) 的地方，在通常情況下，環(huán)境濕度在65%膽至75%膽之間時(shí)，其反射的光信號(hào)的波長(zhǎng) 帶與安裝的固定波長(zhǎng)的濾波器允許通過(guò)的波長(zhǎng)帶有波長(zhǎng)差，這時(shí)探測(cè)器可以探測(cè)到光信 號(hào)，只有當(dāng)測(cè)量點(diǎn)處的濕度接近或達(dá)到60MRH時(shí)，該測(cè)量點(diǎn)處的光纖光柵選擇性作用波 長(zhǎng)帶就會(huì)漂移并與固定波長(zhǎng)的濾波器允許通過(guò)的波長(zhǎng)帶交叉重疊，從而對(duì)固定波長(zhǎng)的濾波 器允許通過(guò)的探測(cè)光信號(hào)產(chǎn)生相當(dāng)?shù)姆瓷浠蚝纳?，這時(shí)，探測(cè)器上會(huì)監(jiān)測(cè)到透過(guò)光信號(hào)的 強(qiáng)度的明顯的變化，從而觸發(fā)了濕度報(bào)警條件，達(dá)到了監(jiān)測(cè)的目的。
在實(shí)際工程條件下，僅監(jiān)測(cè)濕度的一個(gè)量值常常是不夠的，所以可以設(shè)置多個(gè)固定波 長(zhǎng)的濾波器，其允許不同的光波長(zhǎng)帶通過(guò)，且其允許通過(guò)的波長(zhǎng)帶都不在光纖光柵的選擇 性作用波長(zhǎng)帶內(nèi)，并與所述的選擇性作用波長(zhǎng)帶有不同的預(yù)設(shè)波長(zhǎng)差值，從而可以探測(cè)出 測(cè)量點(diǎn)處濕度變化的多個(gè)量值，同時(shí)就可以看出測(cè)量點(diǎn)濕度變化的趨勢(shì)，以便更好的監(jiān)測(cè)。
可以在一根光纖上的多個(gè)測(cè)量點(diǎn)分別設(shè)置多個(gè)光纖光柵，且光纖光柵具有基本相同的 選擇性作用波長(zhǎng)帶，從而測(cè)量多個(gè)點(diǎn)的濕度的變化。


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圖1是表示一個(gè)布拉格光柵的反射光譜、 一個(gè)固定波長(zhǎng)的濾波器允許通過(guò)的光譜及兩 者的關(guān)系圖2是表示一個(gè)長(zhǎng)周期光纖光柵的透射光譜、 一個(gè)固定波長(zhǎng)的濾波器允許通過(guò)的光譜 及兩者的關(guān)系圖3是表示有關(guān)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)框圖； 圖4是表示有關(guān)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)框圖； 圖5是表示有關(guān)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)框圖中 3—寬帶光源，
4一光分路器，
5， 5a， 5b， 5n —鍍有聚酰亞胺的光纖光柵， 6， 6a， 6b， 6n—光探測(cè)器， 7 —光纖，
10， 10a， 10b， 10n—固定波長(zhǎng)的濾波器。
具體實(shí)施例方式
圖1中的曲線1示意性地表示了一個(gè)布拉格光柵的反射光譜，A i和入2分別是該布拉 格光柵反射波長(zhǎng)的下限和上限波長(zhǎng)，在這兩個(gè)波長(zhǎng)內(nèi)所有的波長(zhǎng)都是布拉格光柵可以反射 的波長(zhǎng)，這里稱(chēng)為反射波長(zhǎng)帶。曲線2示意性地表示了一個(gè)固定波長(zhǎng)的濾波器允許通過(guò)的
光譜，入3和、分別是該波長(zhǎng)帶的下沿和上沿波長(zhǎng)，入2和入3之間的距離就是所述的預(yù)設(shè)
波長(zhǎng)差。
圖2中的曲線11示意性地表示了一個(gè)長(zhǎng)周期光纖光柵的透射光譜，X t和入2分別是 該長(zhǎng)周期光纖光柵耦合衰減波長(zhǎng)的下限和上限波長(zhǎng)，長(zhǎng)周期光纖光柵對(duì)在這兩個(gè)波長(zhǎng)內(nèi) 所有的波長(zhǎng)都是有衰減的，這里稱(chēng)為耗散波長(zhǎng)帶。曲線2示意性地表示了一個(gè)固定波長(zhǎng) 的濾波器允許通過(guò)的光譜，入3和、分別是該探測(cè)光信號(hào)的下沿和上沿波長(zhǎng)，入2和入3
4之間的距離就是所述的預(yù)設(shè)波長(zhǎng)差。 第一實(shí)施方式
圖3是表示第一實(shí)施方式的光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)框圖。第一實(shí)施方式的光纖光柵 傳感器由寬帶光源3、光探測(cè)器6、固定波長(zhǎng)的濾波器10、位于測(cè)量點(diǎn)處用于監(jiān)測(cè)濕度 變化的鍍有聚酰亞胺的光纖光柵5以及光纖7構(gòu)成。各部件之間以光纖連接。
固定波長(zhǎng)的濾波器10允許通過(guò)的波長(zhǎng)帶與光纖光柵5的反射波長(zhǎng)帶有一個(gè)預(yù)設(shè)的差 值，從寬帶光源3輸出的探測(cè)光信號(hào)通過(guò)光纖7，而達(dá)到光纖光柵5，光纖光柵5對(duì)寬帶 光源3注入的探測(cè)光信號(hào)有一窄帶光反射，在被監(jiān)測(cè)濕度無(wú)變化或變化未達(dá)到我們關(guān)心 的程度時(shí)，反射光信號(hào)的波長(zhǎng)不在固定波長(zhǎng)的濾波器10允許通過(guò)的波長(zhǎng)帶內(nèi)，即這時(shí)寬 帶光源中必有一窄光信號(hào)通過(guò)固定波長(zhǎng)的濾波器IO，到達(dá)探測(cè)器；當(dāng)被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的濕度變 化到我們關(guān)心的程度時(shí)，位于所述測(cè)量點(diǎn)的光纖光柵5的反射波長(zhǎng)帶至少漂移了所述的 預(yù)設(shè)波長(zhǎng)差值，即該測(cè)量點(diǎn)處的光纖光柵反射波長(zhǎng)帶就與固定波長(zhǎng)的濾波器允許通過(guò)的 波長(zhǎng)帶有交叉重疊，此時(shí)，會(huì)至少有一部分能通過(guò)固定波長(zhǎng)的濾波器的光信號(hào)被反射掉， 這時(shí)通過(guò)固定波長(zhǎng)的濾波器的光信號(hào)減少，探測(cè)器上會(huì)監(jiān)測(cè)到明顯的光信號(hào)變化，從而 檢測(cè)到濕度的變化。
第二實(shí)施方式
圖4是表示第二實(shí)施方式的光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)框圖。第二實(shí)施方式的光纖光柵 傳感器由寬帶光源3、光探測(cè)器6a、光探測(cè)器6b、光探測(cè)器6n、光分路器4、固定波長(zhǎng) 的濾波器10a、固定波長(zhǎng)的濾波器10b、固定波長(zhǎng)的濾波器10n、位于測(cè)量點(diǎn)用于監(jiān)測(cè)濕 度變化的鍍有聚酰亞胺的光纖光柵5以及光纖7構(gòu)成。各部件之間以光纖連接。
從寬帶光源3輸出的探測(cè)光信號(hào)，光纖光柵5對(duì)寬帶光源3注入的探測(cè)光信號(hào)有一 窄帶光反射，透射的光信號(hào)經(jīng)過(guò)光分路器4和光纖7到達(dá)固定波長(zhǎng)的濾波器10a、固定 波長(zhǎng)的濾波器10b和固定波長(zhǎng)的濾波器10n，固定波長(zhǎng)的濾波器10a、固定波長(zhǎng)的濾波器 10b、固定波長(zhǎng)的濾波器10n有不同的允許通過(guò)的波長(zhǎng)帶，并與光纖光柵5的反射波長(zhǎng)帶 有不同的預(yù)設(shè)差值，被監(jiān)測(cè)濕度的變化會(huì)引起光纖光柵5的反射波長(zhǎng)帶的漂移，當(dāng)反射 波長(zhǎng)帶漂移了不同的預(yù)設(shè)波長(zhǎng)差值時(shí)，光探測(cè)器6a、光探測(cè)器6b、光探測(cè)器6n會(huì)探測(cè) 到明顯的光信號(hào)，我們就可以檢測(cè)到濕度變化的多個(gè)量值。
第三實(shí)施方式
圖5是表示第三實(shí)施方式的光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)框圖。第三實(shí)施方式的光纖光柵 傳感器由寬帶光源3、固定波長(zhǎng)的濾波器10、光探測(cè)器6、位于測(cè)量點(diǎn)用于監(jiān)測(cè)濕度變 化的鍍有聚酰亞胺的光纖光柵5a、光纖光柵5b、光纖光柵5n、以及光纖7構(gòu)成。各部 件之間以光纖連接。
從寬帶光源3輸出的探測(cè)光信號(hào)，通過(guò)光纖7，而達(dá)到具有基本相同反射波長(zhǎng)帶的光 纖光柵5a、光纖光柵5b、光纖光柵5n，固定波長(zhǎng)的濾波器10允許通過(guò)的波長(zhǎng)帶與光纖 光柵5a、光纖光柵5b、光纖光柵5n的反射波長(zhǎng)帶有一個(gè)預(yù)設(shè)的差值，當(dāng)位于某個(gè)測(cè)量 點(diǎn)的被監(jiān)測(cè)濕度的變化引起光纖光柵的反射波長(zhǎng)帶的漂移，且反射波長(zhǎng)帶漂移了所述的 預(yù)設(shè)波長(zhǎng)差值時(shí)，就會(huì)有一部分通過(guò)固定波長(zhǎng)的濾波器10的光信號(hào)被反射掉，這樣通過(guò) 固定波長(zhǎng)的濾波器10進(jìn)入到光探測(cè)器6的光信號(hào)減少，從而我們就可以檢測(cè)到濕度的變 化。
可見(jiàn)，根據(jù)本發(fā)明的探測(cè)的方法比現(xiàn)有技術(shù)的方法簡(jiǎn)單。
當(dāng)然，本發(fā)明并不限于前面所介紹的實(shí)施方式，我們可以將整個(gè)裝置用另一種等價(jià)裝 置代替，而不超出本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種光纖光柵傳感器，包括寬帶光源、光纖、固定波長(zhǎng)的濾波器、探測(cè)器和安置于光纖上的位于測(cè)量點(diǎn)的用于監(jiān)測(cè)濕度變化的光纖光柵，其特征在于—該光纖光柵表面鍍有一層聚酰亞胺，—固定波長(zhǎng)的濾波器，只允許一窄的光波長(zhǎng)帶通過(guò)，而限制其他波長(zhǎng)通過(guò)，且其允許通過(guò)的波長(zhǎng)帶不在光纖光柵的選擇性作用波長(zhǎng)帶內(nèi)，并與所述的選擇性作用波長(zhǎng)帶有預(yù)設(shè)波長(zhǎng)差值，—寬帶光源從光纖的所謂的入射端注入探測(cè)光，探測(cè)光通過(guò)固定波長(zhǎng)的濾波器后，只有上述的一窄的光波長(zhǎng)帶通過(guò)，到達(dá)探測(cè)器，當(dāng)被監(jiān)測(cè)濕度變化達(dá)到一定量值時(shí)，位于測(cè)量點(diǎn)處的光纖光柵的選擇性作用波長(zhǎng)帶至少漂移了上述的預(yù)設(shè)波長(zhǎng)差值，從而使該選擇性作用波長(zhǎng)帶，至少覆蓋了固定波長(zhǎng)的濾波器允許通過(guò)的波長(zhǎng)帶的一部分，這時(shí)，該測(cè)量點(diǎn)處的光纖光柵對(duì)寬帶光源入射的、可以通過(guò)固定波長(zhǎng)濾波器的探測(cè)光信號(hào)產(chǎn)生了一定的反射或耗散，即通過(guò)固定波長(zhǎng)濾波器的光信號(hào)減少，探測(cè)器探測(cè)到光信號(hào)有明顯的變化，從而探測(cè)到所述濕度的變化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖光柵傳感器，其特征在于可以設(shè)置多個(gè)固定波長(zhǎng)的濾 波器，其允許不同的光波長(zhǎng)帶通過(guò),且其允許通過(guò)的波長(zhǎng)帶都不在光纖光柵的反射波長(zhǎng)帶內(nèi)， 并與所述的反射波長(zhǎng)帶有不同的預(yù)設(shè)波長(zhǎng)差值，從而可以探測(cè)出測(cè)量點(diǎn)處濕度變化的多個(gè)量 值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光纖光柵傳感器，其特征在于可以在一根光纖上的多 個(gè)測(cè)量點(diǎn)分別設(shè)置多個(gè)光纖光柵，且這些光纖光柵具有基本相同的反射波長(zhǎng)帶。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光纖光柵傳感器，包括寬帶光源、光纖、固定波長(zhǎng)的濾波器、探測(cè)器和光纖光柵，其特征在于該光纖光柵表面鍍有一層聚酰亞胺，固定波長(zhǎng)的濾波器，只允許一窄的光波長(zhǎng)帶通過(guò)，且其允許通過(guò)的波長(zhǎng)帶不在光纖光柵的選擇性作用波長(zhǎng)帶內(nèi)，并與所述的選擇性作用波長(zhǎng)帶有預(yù)設(shè)波長(zhǎng)差值，寬帶光源注入的探測(cè)光通過(guò)固定波長(zhǎng)的濾波器后，只有一窄的光波長(zhǎng)帶通過(guò)，到達(dá)探測(cè)器，當(dāng)被監(jiān)測(cè)濕度變化達(dá)到一定量值時(shí)，光纖光柵的選擇性作用波長(zhǎng)帶至少漂移了上述的預(yù)設(shè)波長(zhǎng)差值，這時(shí)，光纖光柵對(duì)寬帶光源入射的、可以通過(guò)固定波長(zhǎng)濾波器的探測(cè)光信號(hào)產(chǎn)生了反射或耗散，探測(cè)器探測(cè)到光信號(hào)的變化，從而探測(cè)到濕度的變化。
文檔編號(hào)G01B11/16GK101424623SQ20081023223
公開(kāi)日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
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