[发明专利]一种准分布式的海水温盐传感器、测量装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及海水盐度与温度检测技术领域，更具体地，涉及一种准分布式海水温盐传感器、测量装置及其方法。

背景技术

海水盐度是海水含盐量的一个标度，它与温度都是海水的重要特征。海洋中许多物理化学现象，都与海洋盐度及温度的分布和变化规律有关。近年来，关于海水环境的检测技术得到了广泛重视，该技术在海上国防军事、海洋科学、石油开采、渔业生产、海洋环境保护等领域都具有重大意义。

大洋水中，盐度的变化主要与海水的蒸发、降雨、洋流、海水混合等因素有关，不同海域表面水盐度差别很大，平均含盐量34.7‰；大洋垂直方向上分为表层水，次表层水，中层水(1000～2000m)和深层水(2000m～4000m)，次表层水为高盐区，深层水盐度分布最均匀，盐度值比表层水低、比中层水高。世界海洋的水温变化一般在-2℃～30℃之间，恒温层以下，海水温度随深度增加而降低。

传统海水盐度检测使用电子式电导率传感器，成本低，操作便捷，但盐度与电导率的对应关系复杂，受水体组分、深度、温度等多重因素影响，特别地，不适用于低温深水环境；温度检测方面，基于热敏电阻的海水温度传感器须进行绝缘封装，减轻海水腐蚀，防止系统短路。综上，电子式的温盐检测设备无法实现结构简单，检测范围大，准确度高的温盐检测。

光纤传感技术经过几十年的研究和发展现已广泛应用于多个领域，除应用在远距离高速率通信领域外，由于光纤具备感知外部各种物理参数的能力，一系列光纤传感器件被研发与应用。其中光纤光栅以其稳定的性能和成熟的刻写工艺成为工程领域应用最广泛的光纤传感器之一，主要有布拉格光纤光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)和长周期光纤光栅(Long Period Grating，LPG)。布拉格光纤光栅对温度与应力敏感，反射光信号随温度、应力变化产生波长方向的线性漂移；长周期光纤光栅能将部分纤芯导模耦合至包层中，在特定波长处引入光强损耗，对环境折射率及温度等参数敏感。光纤盐度传感器主要通过检测折射率的变化来间接检测盐度变化，有资料表明，盐度和温度均对折射率产生影响，折射率随盐度增大而增大，温度不变时，盐度每变化1‰，折射率改变2×10^-4；折射率随温度升高而降低，20℃左右时，温度每变化1℃，折射率变化1×10^-4。因此，需研发盐度、温度双参量测量的光纤传感器以适应海洋温盐检测。

现有海水温盐检测技术中，通过检测不同盐度的折射率变化引起CCD光敏面上光斑位置变化实现盐度测量，同时检测由半导体材料受温度调制引起的光强变化实现温度测量与补偿。该检测技术灵敏度高，检测范围大：温度检测范围0～50℃，盐度检测范围0～48‰，但系统结构复杂，器件成本高，且基于直角棱镜和CCD器件的检测装置难以实现准分布式传感。

现有海水温盐检测技术中，由紧密刻有布拉格光纤光栅和长周期光纤光栅的光纤探头，同步实现温度和盐度测量，结构简单，体积小。但该方案通过观测光信号的波长漂移来实现参量检测，需要使用光谱分析仪，价格昂贵；使用金属反射膜的光纤探头无法实现单根光纤上检测单元的级联，仅有一个检测点，在长距离传感中只能人为改变探头位置，逐次测量海水各位置盐度信息，操作耗时长，定位准确度不高，无法实现真正意义上的准分布式传感。

发明内容

针对现有技术装置的上述缺陷，本发明提供了一种准分布式的海水温盐传感器，旨在解决现有技术不能够实现同时测量多个点的海水温度和盐度的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供的一种准分布式的海水温盐传感器，海水温盐传感器为一根光纤，光纤上设有多个传感区域和多个非传感区域，且传感区域与非传感区域相间布置；

每个传感区域上刻写有长周期光纤光栅与布拉格光纤光栅的弱光栅组合；长周期光纤光栅与布拉格光纤光栅沿单波长激光信号传输方向布置，长周期光纤光栅所在光纤区域无涂覆层，每个长周期光纤光栅的中心均相同，每个长周期光纤光栅的峰值损耗不超过-2.2dB；每个布拉格光纤光栅的中心反射波长均相同，每个布拉格光纤光栅的峰值反射率不超过1％；

长周期光纤光栅用于使单波长激光信号功率产生损耗，进而使背向散射光信号上出现损耗台阶；布拉格光纤光栅用于使单波长激光信号部分反射，进而使背向散射光信号上出现反射峰；