[发明专利]一种可同时测量温度和湿度的全光纤传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤传感器，更具体地说，是指一种用于同时测量温度和湿度的全光纤传感器。

背景技术

随着工农业的发展和科技水平的不断进步，在国防科技、航空航天、食品生产、生物制药、仓储及农业等领域，对环境的温度和湿度监测都有严格的要求，对传感器的环境适应性、测量范围。响应速度及测量精度要求也越来越高。光纤传感器由于尺寸小，耐高温，抗腐蚀，抗电磁干扰，因此可以克服传统的电学传感器存在的不能在高温高湿、严重污染和强磁场干扰的环境下工作的不足。

现有技术中，光纤温度传感器主要有光纤布拉格光栅温度传感器、光纤荧光温度传感器、干涉型光纤温度传感器和基于瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射的分布式光纤温度传感器。光纤湿度传感器主要有倏逝波型光纤湿度传感器，荧光光谱吸收型光纤湿度传感器，光纤光栅型光纤湿度传感器以及干涉型光纤湿度传感器。

现有技术中常规使用的光纤传感器只是对温度或者湿度中的一个物理量进行测量，无法实现同时检测，已有公开号为CN103528609A的光纤多参量传感器，其是为实现温度和湿度同时测量，但是，由于其采用级联结构透射谱检测的方式，传感探头的长度较长，一般要达到30mm以上，由此造成其对于温度和湿度的检测并不是真正意义上的对于同一点的测量，同时，因其采用聚合物材料作为湿度增敏材料并不适于在高于200℃的环境下测量。而实际应用中，很多情况下需要在高温的环境下对同一点的温度和湿度进行同时监测。迄今还没有关于针对同一点同时进行测量温度和湿度的测量的全光纤传感器的公开报导。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种可同时测量温度和湿度的全光纤传感器，以其实现在针对同一点同时进行温度和湿度的监测，并能适应200摄氏度以上的高温环境测量。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明可同时测量温度和湿度的全光纤传感器的结构特点是：所述全光纤传感器是将输入单模光纤与光敏光纤的一端通过错位熔接的方式进行连接，在所述光敏光纤的另一端端面上设置有反射银膜，在所述光敏光纤的纤芯中写入有光纤布拉格光栅；以所述输入单模光纤和端面镀有反射银膜的光敏光纤的错位熔接构成全光纤迈克尔逊模间干涉仪作为第一个传感探头；以所述在光敏光纤的纤芯中写入光纤布拉格光栅形成第二个传感探头；构成将全光纤迈克尔逊模间干涉仪与光纤布拉格光栅集于一体的全光纤传感器，所述光敏光纤作为第一个传感探头和第二个传感探头的共用传感区。

本发明可同时测量温度和湿度的全光纤传感器的结构特点也在于：

所述反射银膜是采用化学镀银的方法形成在所述光敏光纤的端面。

在所述光敏光纤的表面沉积有纳米氧化锌颗粒层。

在所述光敏光纤的表面沉积纳米氧化锌颗粒层的方法是：将去除涂覆层的光敏光纤浸入至水热法制备的纳米氧化锌溶液中两小时后取出，通过烘干去水使得纳米氧化锌颗粒沉积在光敏光纤的包层表面，形成厚度为100-200nm纳米氧化锌颗粒层。

所述输入单模光纤与光敏光纤之间的错位熔接量为6.8um，所述光敏光纤的长度10mm。

由于第一个传感探头和第二个传感探头均对温度和湿度具有不同的敏感性，因此可以通过测量计算出相应温度和湿度的变化。与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明将两个不同结构的传感探头集成于一体，实现了真正意义上对同一点的温度和湿度的同时测量，其传感探头尺寸小，成本低，便于安装。

2、本发明通过在光敏光纤表面生长纳米氧化锌颗粒，可以大大增强传感器对于湿度的测量灵敏度，并实现更高温度环境下的测量。

3、本发明中输入单模光纤可以采用标准通信单模光纤，因此与现有的光纤通信系统兼容性好。

附图说明

图1为本发明的基本结构示意图；

图2为以本发明构成监测系统示意图；

图3为本发明中传感器的谐振滤波光谱图。

图中标号：1输入单模光纤，2光敏光纤，3反射银膜，4纳米氧化锌颗粒层，5宽带光源，6光纤环形器，7光谱分析仪。

具体实施方式