[发明专利]基于LPFG与FBG级联的双参数光纤传感器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基于LPFG与FBG级联的双参数光纤传感器及其制备方法，以单模光纤为研究对象，以葡萄糖溶液的浓度和活性温度范围为测量对象，利用飞秒激光逐线写入方式加工LPFG并与FBG级联，制成温度和浓度双参数光纤传感器，本发明的双光栅级联结构形式简单，稳定性好，灵敏度高，无需对FBG进行特殊写制，是解决单根光纤双参数测量的有效手段，可以同时动态实现温度和浓度的测量。

技术领域

本发明涉及双参数光纤传感器件领域，特别涉及一种基于LPFG与FBG级联的双参数光纤传感器及其制备方法。

背景技术

光纤传感技术是20世纪70年代发展起来的新型传感技术，通过调制光纤中传输光的强度、相位、波长、偏振态并对这些变化进行监测，实现对温度、应变、压力、声振动、角速度等多种参量的测量。由于光纤传感器具有体积小、重量轻、测量灵敏度高、复用能力强、抗电磁干扰、易于嵌入材料内部等优点，近年来受到广泛关注，成为传感技术研究领域的热点之一。与传统的机电或电子传感器相比，光纤传感器更符合现代生物传感技术的需求，具有重要的学术价值和应用前景。

然而，目前针对传感器的研究更多的是单一变量的传感测量，而实际环境并不是简单的单一变量，交叉敏感问题无处不在。近年来，对于双参数测量传感器的研究也受到研究者的广泛青睐。2012年葡萄牙C.Gouveia等人利用高双折射光纤制作了能够同时传感折射率和温度的光栅腔传感器，通过分别测量干涉条纹对比度和波长漂移变化来解调折射率和温度的变化，实现的快慢轴折射率灵敏度分别达到-1.06％0.01RIU和-0.96％.0.0RIU，温度灵敏度达到10.52pm/℃和10.13pm/℃。2014年JianyingYuan等人利用长周期光纤光栅与Sagnac干涉环串联，实现了温度及折射率的同时测量，折射率灵敏度为16.864nm/RIU，温度灵敏度为1.533nm/℃。2015年，简永生课题组提出了一种基于耦合型双芯光纤级联布拉格光纤光栅的温度与应力双参数解耦测量的全光纤型传感系统，可以分别实现4.3048με及0.4562℃的应力与温度传感测量分辨率。2016年，ShengnanWu等人通过FBG连接侧面开口的光纤F-P腔，并应用于气体压力和温度的测量，气体压力灵敏度分别为4.063pm/kPa和4.071pm/kPa，温度交叉敏感度为214Pa/℃和204Pa/℃。2017年，天津大学徐德刚设计了一种基于级联保偏光纤和长周期光纤光栅的Sagnac环温度和环境折射率双参量传感器，其温度灵敏度1.2nm/℃，环境折射率灵敏度为15nm/RIU。

葡萄糖(Glucose)是自然界分布最广且最为重要的一种单糖，它是一种多羟基醛，在生物学领域具有重要地位，是活细胞能量来源和新陈代谢中间产物，即生物主要供能物质。浓度是描述溶液特性的重要参数，对浓度的测量和控制在工业生产和科学研究等各个领域都有着极为普遍的应用。

因此，需要一种能够有效测量葡萄糖溶液的浓度和活性温度范围的基于LPFG与FBG级联的双参数光纤传感器及其制备方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种基于LPFG与FBG级联的双参数光纤传感器，包括第一单模光纤和第二单模光纤，所述第一单模光纤包括LPFG结构，所述第二单模光纤包括FBG结构，所述第一单模光纤和第二单模光纤进行级联，得到传感结构。

优选地，所述第一单模光纤采用SMF-28单模光纤，所述第二单模光纤采用SMF-28单模光纤。

优选地，所述LPFG结构为采用飞秒激光器的飞秒激光逐线写入的方式加工得到。

本发明制备得到的双参数传感器能够实现温度与浓度的无传染双参数监测与测量，传感原理如下：

当环境参数发生变化时，光栅周期、栅距等会发生改变，级联结构的透射谱波长也将随之发生漂移。

设外界温度为T，低耦合强度的LPFG光谱干涉峰谐振波长的温度灵敏性可表示为：