專利名稱：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行探測濕度變化的傳感 器，該方法屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
濕度的測量在工農(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、細菌培養(yǎng)室等人工環(huán)境， 博物館、圖書館、檔案室、實驗室、機房等重要場所都需要進行濕度測量和控制。尤其 在礦井環(huán)境中，水層對巖石的滲透容易引發(fā)坍塌，通過對環(huán)境濕度變化的監(jiān)測，可有效 地避免此類礦難的發(fā)生。
目前最常用的濕度測量儀器是干濕球濕度計，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。同時該方法很難實現(xiàn)數(shù)字化遠距離傳輸 結(jié)果，無法滿足很多生產(chǎn)生活的實際需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種測量精度高，易于集成和封裝的基于光纖 布拉格光柵的濕度傳感設(shè)備。
為此，本發(fā)明提出了一種光纖光柵傳感器，包括光源、光纖、探測器和安置于光纖 上的位于測量點的用于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，
一光源輸出的探測光信號從光纖的稱為入射端的一端注入，探測光信號的波長不 在光纖光柵的選擇性作用波長帶內(nèi)，并與所述的選擇性作用波長帶有預(yù)設(shè)波長差值，
一當(dāng)被監(jiān)測濕度變化達到一定量值時，位于測量點處的光纖光柵的選擇性作用波長 帶至少漂移了上述的預(yù)設(shè)波長差值，從而使該選擇性作用波長帶至少覆蓋了所述探測光信 號波長帶的一部分，這時，該測量點處的光纖光柵就對探測光信號產(chǎn)生了一定的反射或耗 散，即探測光信號的一部分反射或耗散，從而在光纖的入射端的另一端出射端，則探測到 透射光的變化，從而探測到濕度的變化。
本發(fā)明是探測受監(jiān)測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)聚酰亞胺吸收空氣中的水蒸氣會發(fā)生膨脹，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帶位置漂移，如果在一個光纖光柵附近 的受監(jiān)測的濕度發(fā)生了變化，且發(fā)生的變化達到了我們關(guān)心的程度，這時光纖光柵的選擇 性作用波長帶至少漂移了預(yù)設(shè)波長差值，從而使該選擇性作用波長帶至少覆蓋了探測光信 號波長帶的一部分，這時，該測量點處的光纖光柵就對探測光信號產(chǎn)生了一定的反射或耗 散，即探測光信號的一部分反射或耗散掉，探測器檢測到透射光的變化，這說明有應(yīng)力存 在，從而可探測到相應(yīng)濕度的變化。
在實際工程中，我們常常只需要獲取一部分濕度變化的數(shù)據(jù)，就可以達到我們的目 標(biāo)，如在一個需要防靜電的工場中的濕度報警系統(tǒng)中，對在65%RH至75%RH之間時 的濕度狀態(tài)我們不是迫切需要了解，我們只需設(shè)定一個監(jiān)測報警濕度，如60%RH，然 后在作為傳感器的光纖上的光纖光柵，測量出該光纖光柵在60%RH時的選擇性作用波長帶并選取一個波長作為探測光信號的波長，然后根據(jù)該波長選擇光源，所述光纖光柵 在70%RH時，其選擇性作用波長帶與選定的探測光信號的波長有波長差，將該傳感器 安裝在監(jiān)測的地方，在通常情況下，環(huán)境濕度在65%RH至75%RH之間時，注入傳感 器光纖中的探測光信號在損失較少的通過了光纖和光纖光柵，在光纖的出射端的探測器 可以測得透過光信號的強度，并以此為基準(zhǔn)，只有當(dāng)測量點處的濕度接近或達到60%朋 時，該測量點處的光纖光柵選擇性作用波長帶就會漂移并與探測光信號的波長帶交叉重 疊，并對探測光信號產(chǎn)生相當(dāng)?shù)姆瓷浠蚝纳?，這時，探測器上會監(jiān)測到透過光信號的強 度的明顯的變化，從而觸發(fā)了濕度報警條件，達到了監(jiān)測的目的。
在實際工程條件下，僅監(jiān)測濕度的一個量值常常是不夠的，所以可以設(shè)置波長不同的 多個探測光信號，就可以監(jiān)測濕度多個量值，同時就可以看出測量點濕度變化的趨勢，以 便更好的監(jiān)測。


圖l是表示一個布拉格光柵的反射光譜、 一個探測光信號的光譜及兩者的關(guān)系圖； 圖2是表示一個長周期光纖光柵的透射光譜、 一個探測光信號的光譜及兩者的關(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)明的第三實施方式的光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)框圖中3， 3a， 3b， 3n—光源，
9a， 9b—光分路器，
5 —涂敷有聚酰亞胺的光纖光柵 6， 6a， 6b， 6n —光探測器，
7— 光纖，
8— 光開關(guān)，
10a， 10b， 10n—固定式濾波器。
具體實施例方式
圖1中的曲線1示意性地表示了一個布拉格光柵的反射光譜，A ,和入2分別是該布拉 格光柵反射波長的下限和上限波長，在這兩個波長內(nèi)所有的波長都是布拉格光柵可以反射 的波長，這里稱為反射波長帶。曲線2示意性地表示了一個探測光信號的光譜，人3和入4 分別是該探測光信號的下沿和上沿波長，"和入3之間的距離就是所述的預(yù)設(shè)波長差。
圖2中的曲線11示意性地表示了一個長周期光纖光柵的透射光譜，X ,和入2分別是 該長周期光纖光柵耦合衰減波長的下限和上限波長，長周期光纖光柵對在這兩個波長內(nèi)所 有的波長都是有衰減的，這里稱為耗散波長帶。曲線2示意性地表示了一個探測光信號的 光譜，X3和、分別是該探測光信號的下沿和上沿波長，入2和\3之間的距離就是所述的
預(yù)設(shè)波長差。
第一實施方式
圖3是表示第一實施方式的光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)框圖。第一實施方式的光纖光柵 傳感器由光源3、光探測器6、位于測量點處用于監(jiān)測濕度變化的涂敷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。
從光源3輸出的探測光信號，探測光信號的波長不在光纖光柵5的選擇性作用波長 帶內(nèi)，并與之有預(yù)設(shè)的波長差值，探測光信號通過光纖7和光纖光柵5，并由光探測器6 檢測探測光信號的強度，在被監(jiān)測濕度無變化或變化未達到我們關(guān)心的程度時，探測光 信號的波長不在位于測量點的光纖光柵5的選擇性作用波長帶內(nèi)，即光纖光柵5并不對 探測光信號反射或耗損，這時光探測器6探測到是基本無衰減的光信號，并將該強度作 為基準(zhǔn)，當(dāng)被監(jiān)測點的濕度變化到我們關(guān)心的程度時，位于所述測量點的光纖光柵5的 選擇性作用波長帶至少漂移了所述的預(yù)設(shè)波長差值，這時所述的選擇性作用波長帶至少 覆蓋了探測光信號波長帶的一部分，該光纖光柵5就對探測光信號產(chǎn)生了相當(dāng)?shù)姆瓷浠?耗散，這時光探測器6檢測到探測光信號的強度有明顯的變化，從而檢測到濕度的變化。
第二實施方式
圖4是表示第二實施方式的光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)框圖。第二實施方式的光纖光柵 傳感器由光源3a、光源3b、光源3n、光探測器6、光開關(guān)8、位于測量點用于監(jiān)測濕度 變化的涂敷有聚酰亞胺光纖光柵5以及光纖7構(gòu)成。各部件之間以光纖連接。
從光源3a、光源3b、光源3n輸出的不同波長的探測光信號，探測光信號的波長均 不在光纖光柵5的選擇性作用波長帶內(nèi)，并與之有不同的預(yù)設(shè)波長差值，光開關(guān)8可以 選擇不同光源的探測光信號通過光纖7和光纖光柵5，到達光探測器6，這時光探測器6 探測到是基本無衰減的光信號，并將該強度作為基準(zhǔn)，被監(jiān)測濕度的變化會引起光纖光 柵5的選擇性作用波長帶的漂移，當(dāng)選擇性作用波長帶漂移了不同的預(yù)設(shè)波長差值時， 我們可以檢測到輸入的不同的探測光信號的強度變化，這樣就可以檢測到濕度變化的多 個量值。
第三實施方式
圖5是表示第三實施方式的光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)框圖。第三實施方式的光纖光柵 傳感器由光源3a、光源3b、光源3n、濾波器10a、濾波器10b、濾波器10n、光探測器 6a、光探測器6b、光探測器6n、光分路器9a、光分路器9b、位于測量點用于監(jiān)測濕度 變化的涂敷有聚酰亞胺光纖光柵5以及光纖7構(gòu)成。各部件之間以光纖連接。
從光源3a、光源3b、光源3n輸出的不同波長的探測光信號，探測光信號的波長均 不在光纖光柵5的選擇性作用波長帶內(nèi)，并與之有不同的預(yù)設(shè)波長差值，探測光信號通 過光分路器9a，再通過光纖7、光纖光柵5和光分路器9b，分別通過不同的濾波器進入 到不同的探測器，每個濾波器與光源是一一對應(yīng)的，且僅允許對應(yīng)波長的探測光信號通 過，將其他的探測光信號過濾掉，并將濕度未變化時各個探測光信號的強度作為基準(zhǔn)， 被監(jiān)測濕度的變化會引起光纖光柵5的選擇性作用波長帶的漂移，當(dāng)選擇性作用波長帶 漂移了所述的不同預(yù)設(shè)波長差值時，就會引起不同的探測光信號強度的變化，所有的探 測光信號透過光纖7和光分路器9b，分別通過不同的濾波器進入到不同的探測器，探測 器將這時的各個探測光信號的強度與對應(yīng)的基準(zhǔn)強度比較，這樣我們就可以檢測到濕度 變化的多個量值。
可見，根據(jù)本發(fā)明的探測的方法比現(xiàn)有技術(shù)的方法簡單。
當(dāng)然，本發(fā)明并不限于前面所介紹的實施方式，我們可以將整個裝置用另一種等價裝 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，包括光源、光纖、探測器和安置于光纖上的位于測量點的用于監(jiān)測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，一光源輸出的探測光信號從光纖的稱為入射端的一端注入，探測光信號的波長不在光纖光柵的選擇性作用波長帶內(nèi)，并與所述的選擇性作用波長帶有預(yù)設(shè)波長差值，一當(dāng)被監(jiān)測濕度變化達到一定量值時，位于測量點處的光纖光柵的選擇性作用波長帶至少漂移了上述的預(yù)設(shè)波長差值，從而使該選擇性作用波長帶至少覆蓋了所述探測光信號波長帶的一部分，這時，該測量點處的光纖光柵就對探測光信號產(chǎn)生了一定的反射或耗散，即探測光信號的一部分反射或耗散掉，探測器檢測到光纖出射端探測光信號強度的變化，從而探測到所述濕度的變化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖光柵傳感器，其特征在于多個光源從光纖的稱為入射 端的一端注入多個探測光信號，其波長均不在所述反射波長帶內(nèi)，并與反射波長帶有不同的 預(yù)設(shè)波長差值，從而可以探測出測量點處濕度變化的多個量值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光纖光柵傳感器，包括光源、光纖、探測器和安置于光纖上的位于測量點的用于監(jiān)測濕度變化的涂敷有聚酰亞胺的光纖光柵，其特征在于一光源輸出的探測光信號從光纖入射端注入，探測光的波長不在光纖光柵的選擇性作用波長帶內(nèi)，并與選擇性作用波長帶有預(yù)設(shè)波長差值，一當(dāng)被監(jiān)測濕度變化達到一定量值時，位于測量點處的光纖光柵的選擇性作用波長帶至少漂移了上述的預(yù)設(shè)波長差值，從而使選擇性作用波長帶與探測光信號波長帶交叉重疊，這時，該測量點處的光纖光柵就對探測光信號產(chǎn)生了一定的反射或耗散，探測器檢測到出射端探測光信號強度的變化，從而探測到所述濕度的變化。
文檔編號G01B11/16GK101424630SQ200810232239
公開日2009年5月6日 申請日期2008年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
發(fā)明者兵 杜 申請人:西安金和光學(xué)科技有限公司