專利名稱：基于tfbg溫度不敏感的光源自校正濕度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于TFBG溫度不敏感的光源自校正濕度傳感器。
背景技術(shù)：
人類的生存和社會(huì)活動(dòng)與濕度密切相關(guān)。隨著現(xiàn)代化的實(shí)現(xiàn)，很難找出一個(gè)與濕度無關(guān)的領(lǐng)域。在工農(nóng)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國防、科研、航天等部門，經(jīng)常需要對環(huán)境濕度進(jìn)行測量及控制。但在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中，濕度是最難準(zhǔn)確測量的一個(gè)參數(shù)。從制造角度看，同是濕度傳感器，材料、結(jié)構(gòu)不同，工藝不同，其性能和技術(shù)指標(biāo)有很大差異。測量濕度要比測量溫度復(fù)雜的多，溫度是個(gè)獨(dú)立的被測量，而濕度卻受到其他因素(溫度)的影響，所以用電阻式濕敏元件和電容式濕敏元件來測量濕度的方法已無法滿足現(xiàn)代科技發(fā)展的需要。光纖傳感器具有抗電磁干擾、易微型化、耐腐蝕、測量精度高、適于易燃易爆環(huán)境下使用以及遠(yuǎn)距離穩(wěn)定傳感等優(yōu)點(diǎn)。目前，基于光纖的濕度傳感器有利用塑料光纖、光纖布拉格光柵(FBG)和長周期光纖光柵(LPG)和光纖傾斜光柵(TFBG)等，已授權(quán)的發(fā)明專利基于傾斜光纖光柵的空氣相對濕度測量儀(專利號(hào)ZL200810053342. 4)，其缺點(diǎn)是不能解決溫度和光源波動(dòng)引起的交叉敏感效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于TFBG溫度不敏感的光源自校正濕度傳感器，以解決光纖濕度傳感器溫度和光源波動(dòng)引起的交叉敏感效應(yīng)。所述的基于TFBG的溫度不敏感的光源自校正濕度傳感器，其特征是包括光源、三端口光環(huán)形器、雙錐形光纖、濕度敏感材料、刻有傾斜光纖光柵的單模光纖、1X2光纖耦合器、兩塊濾光片、兩個(gè)光電二極管和數(shù)據(jù)處理模塊，雙錐形光纖的兩端分別與標(biāo)準(zhǔn)的單模光纖和刻有傾斜光纖光柵的單模光纖無偏心熔接，構(gòu)成傳感裝置的傳感探頭，所述的三端口光環(huán)形器的a端與光源相連，b端與傳感探頭相連，c端與1 X 2光纖耦合器的一個(gè)輸入端口相連，1X2光纖耦合器第一個(gè)輸出端口依次經(jīng)第一濾光片、第一光電二極管與數(shù)據(jù)處理模塊的一個(gè)輸入端相連，1X2光纖耦合器第二個(gè)輸出端口依次經(jīng)第二濾光片、第二光電二極管與數(shù)據(jù)處理模塊的另一個(gè)輸入端相連，所述的濕度敏感材料涂覆在刻有傾斜光纖光柵的單模光纖的表面。所述的基于TFBG的溫度不敏感的光源自校正濕度傳感器，其特征在于所述的光源是采用波長為1520nm-1560nm范圍的平坦寬帶光源。所述的基于TFBG的溫度不敏感的光源自校正濕度傳感器，其特征在于所述的第一濾光片是波長為1535nm-1545nm、隔離度> 20dB反射的包層模光濾波器，第二濾光片是波長為1545nm-1547nm、隔離度> 20dB反射的布拉格模光濾波器。本發(fā)明專利的優(yōu)點(diǎn)在于利用傾斜光纖光柵的反射的布拉格模不受濕度影響的特性，可以避免光源功率波動(dòng)對測量結(jié)果的影響，同時(shí)外界溫度變化只影響反射光譜的波長小范圍漂移而光譜強(qiáng)度不變，可以避免溫度變化對測量的影響，得到一種具有溫度不敏感， 光源自校正的光纖濕度傳感器。


圖1是本發(fā)明基于TFBG的溫度不敏感的光源自校正濕度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明
如圖1所示，基于傾斜光纖光柵的溫度不敏感的濕度傳感器，包括光源1、三端口光循環(huán)器2、雙錐形光纖3、刻有傾斜光纖光柵的單模光纖4、濕度敏感材料5、1X2光纖耦合器 6、兩塊濾光片7、8、兩個(gè)光電二極管9、10和數(shù)據(jù)處理模塊11，所述雙錐形光纖的兩端分別與標(biāo)準(zhǔn)的單模光纖和刻有傾斜光纖光柵的單模光纖4無偏心熔接，構(gòu)成傳感裝置的傳感探頭，所述的三端口光環(huán)形器的a端與光源1相連，b端與傳感探頭相連，c端與1X2光纖耦合器6的一個(gè)輸入端口相連，1 X 2光纖耦合器6第一個(gè)輸出端口依次經(jīng)第一濾光片7、第一光電二極管9與數(shù)據(jù)處理模塊11的一個(gè)輸入端相連，1 X 2光纖耦合器6第二個(gè)輸出端口依次經(jīng)第二濾光片8、第二光電二極管10與數(shù)據(jù)處理模塊11的另一個(gè)輸入端相連，所述的濕度敏感材料5涂覆在刻有傾斜光纖光柵的單模光纖4的表面。本發(fā)明裝置的工作方式為光源發(fā)出的光經(jīng)三端口光循環(huán)器的a端口輸入到三端口光環(huán)形器，由三端口循環(huán)器的自身特性所致，光由b端口輸出并進(jìn)一步輸入到雙錐形光纖中，最終傳輸?shù)絻A斜光纖光柵，傾斜光纖光柵反射光有布拉格模和許多包層模組成，通過雙錐形光纖將這些包層模重新耦合到單模光纖的纖芯中，反射回來的光經(jīng)三端口光環(huán)形器的c端輸出。傳感探頭返回的包層模光信號(hào)經(jīng)過三端口光環(huán)形器、1 X 2光纖耦合器、第一濾光片和第一光電二極管，將包層模信號(hào)光轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)進(jìn)入數(shù)據(jù)處理模塊；傳感探頭返回的布拉格模經(jīng)過三端口光環(huán)形器、1 X 2光纖耦合器、第二濾光片和第二光電二極管，將布拉格模信號(hào)光轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)進(jìn)入數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理模塊對輸入的兩路光電信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)兩路光電信號(hào)的幅度關(guān)系算出相應(yīng)的濕度值，此比值不隨光源幅值波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)光源自校正。本實(shí)施例中，選用的雙錐形光纖長度為1mm，中間直徑為70μπι，雙錐角為15° ； 傾斜光纖光柵的柵區(qū)長度約2-3cm，光柵條紋與光纖軸線夾角為3° -8°，光柵周期為 1066 μ m0
權(quán)利要求
1.基于TFBG的溫度不敏感的光源自校正濕度傳感器，其特征是包括光源(1)、三端口光環(huán)形器( 、雙錐形光纖C3)、刻有傾斜光纖光柵的單模光纖(4)、濕度敏感材料( 、1X2 光纖耦合器(6)、兩塊濾光片(7)、(8)、兩個(gè)光電二極管(9)、(10)和數(shù)據(jù)處理模塊(11)，所述雙錐形光纖的兩端分別與標(biāo)準(zhǔn)的單模光纖和刻有傾斜光纖光柵的單模光纖( 無偏心熔接，構(gòu)成傳感裝置的傳感探頭，所述的三端口光環(huán)形器的a端與光源(1)相連，b端與傳感探頭相連，c端與1X2光纖耦合器(6)的一個(gè)輸入端口相連，1X2光纖耦合器(6)第一個(gè)輸出端口依次經(jīng)第一濾光片(7)、第一光電二極管(9)與數(shù)據(jù)處理模塊(11)的一個(gè)輸入端相連，1X2光纖耦合器(6)第二個(gè)輸出端口依次經(jīng)第二濾光片(8)、第二光電二極管(10) 與數(shù)據(jù)處理模塊(11)的另一個(gè)輸入端相連，所述的濕度敏感材料( 涂覆在刻有傾斜光纖光柵的單模光纖的表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于TFBG的溫度不敏感的光源自校正濕度傳感器，其特征在于所述的光源(1)是采用波長為1520nm-1560nm范圍的平坦寬帶光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于TFBG的溫度不敏感的光源自校正濕度傳感器，其特征在于所述的第一濾光片(7)是波長為1535nm-1545nm、隔離度>20dB反射包層模光濾波器，第二濾光片(8)是波長為1545nm-1547nm、隔離度> 20dB反射布拉格模光濾波器。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于TFBG的溫度不敏感的光源自校正濕度傳感器是利用傾斜光纖光柵反射的包層模受外界濕度的調(diào)制和反射的布拉格模不受外界濕度調(diào)制原理制成的。包括光源、三端口光環(huán)形器、雙錐形光纖、刻有傾斜光纖光柵的單模光纖、1×2光纖耦合器、兩塊濾光片、兩個(gè)光電二極管、數(shù)據(jù)處理模塊。從傾斜光纖光柵返回的包層模和布拉格模經(jīng)雙錐形光纖耦合后進(jìn)入光纖纖芯傳輸，分別轉(zhuǎn)化成模擬電信號(hào)進(jìn)入數(shù)據(jù)處理模塊，通過測量兩者的強(qiáng)度比，得到外界的濕度信息。本發(fā)明利用傾斜光纖光柵的布拉格反射模不受濕度影響的特性，可以有效避免光源波動(dòng)對測量結(jié)果的影響，同時(shí)外界溫度變化只影響反射光譜的波長小范圍漂移，可以有效避免溫度變化對測量的影響。
文檔編號(hào)G01N21/17GK102507449SQ20111038815
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者安佳麗, 梁厚慧, 王劍鋒, 金尚忠, 金永興 申請人:中國計(jì)量學(xué)院