[发明专利]光纤温湿度传感器、温湿度传感系统及温湿度解调方法

权利要求书

1.一种光纤温湿度传感系统的温湿度解调方法，该温湿度传感系统包括宽谱光源(10)、光谱仪(11)、光纤耦合器(12)、数据采集处理器(15)和温湿度控制箱(14)；光纤耦合器(12)的两个分路端(12-1,12-2)分别与宽谱光源(10)和光谱仪(11)进行连接，光纤耦合器(12)的合路端(12-3)与光纤温湿度传感器(13)相连，光纤温湿度传感器(13)置于温湿度控制箱(14)中，进行温湿度测试；数据采集处理器(15)与光谱仪(11)相连；

所述的光纤温湿度传感器(13)由单模光纤(1)、四叶草微结构光纤(2)、紫外固化胶层(3)三部分组成；四叶草微结构光纤(2)一端与单模光纤(1)熔接，熔接处形成第一反射面(6)；四叶草微结构光纤(2)另一端通过点胶并固化的方式制备紫外固化胶层(3)，四叶草微结构光纤(2)与紫外固化胶层(3)之间形成第二反射面(7)，紫外固化胶层(3)与外界空气之间形成第三反射面(8)，由三个反射面(6，7，8)形成三个F-P腔结构；所述四叶草微结构光纤外径为125微米，光纤纤芯的内径为11微米，光纤纤芯的周围对称开有四个圆心角为85度，半径为64微米的扇形空气孔(5)；

所述的温湿度解调方法包括以下步骤：

(1)开启宽谱光源(10)，入射光经由光纤耦合器(12)进入光纤温湿度传感器(13)的双F-P腔结构，经由三个反射面(6，7，8)依次反射后，再次经过光纤耦合器(12)进入光谱仪(11)接收端，产生干涉光谱信号，经过数据线被采集进入数据采集处理器(15)，完成FFT过程，获得最终的频谱和相位信息：由第一反射面(6)和第二反射面(7)所形成的第一F-P腔的特征频率为ξ₁、光波相位项为由第二反射面(7)和第三反射面(8)所形成的第二F-P腔的特征频率为ξ₂、相位项为由第一反射面(1)和第三反射面(8)所形成的第三F-P腔的特征频率为ξ₃、相位项为

(2)由于紫外固化胶有吸水性，环境湿度的变化会引起紫外固化胶的膨胀或收缩，折射率减小或增大，从而使和发生变化；而环境温度的变化会同时引起光纤和紫外固化胶的膨胀或收缩，以及折射率的改变，从而引起和同时变化；通过数据采集处理器1检测和的变化，根据以下公式，可以同时得到环境的湿度和温度信息：

ΔRHΔT=1|kRH1kT3-kT1kRH3|×kT3-kT1-kRH3kRH1Δφ1Δφ3]]>

式中，k_RH1和k_RH3分别是和的湿度灵敏系数，k_T1和k_T3分别是和的温度灵敏系数，Δφ₁和Δφ₃分别是和的变化量。