[实用新型]基于马赫-曾德干涉原理的水滴形光纤湿度传感系统

说明书

本实用新型设计一种基于马赫‑曾德干涉原理的水滴形光纤湿度传感系统，属于光纤传感领域；本实用新型与其它湿度传感系统相比具有灵敏度高、结构简单、可同时对温度进行补偿、响应速度快、抗电磁干扰能力强等优点；本实用新型利用从宽带光源发出的光，在涂覆后的水滴形光纤传感器部分与外界作用，再经光纤布拉格光栅进行温度补偿，最后经光谱仪得到传感后的干涉谱；当外界环境改变时，聚酰亚胺吸附空气中的水份使水滴形光纤传感器的有效折射率发生改变，从而使传感后的光谱发生改变进行湿度的传感。

技术领域

本实用新型设计一种基于马赫-曾德干涉原理的水滴形光纤湿度传感系统，属于光纤传感领域。

背景技术

与传统的传感器相比，光纤传感器具有成本低、抗电磁干扰强、灵敏度高等特点，在桥梁、电厂、工厂和其他强电磁干扰的场合被广泛应用。随着技术的成熟化和民用化，人们开始研究温度、折射率等的变化。基于马赫-曾德干涉原理的水滴形光纤是利用模间干涉原理进行传感测量的，该模间干涉传感器具有结构简单、成本低、灵敏度高等优点。在水滴形部位进行涂覆敏感材料后，可进行折射率、湿度等参量的测量，应用范围较广。但由于模间干涉传感器可以测量的参量较多，在实际应用中，多参考量的同时变化易于造成交叉敏感，不利于精确测量，所以设计新型的高灵敏度湿度和温度的传感器势在必行。基于马赫-曾德干涉原理的水滴形光纤湿度传感系统利用水滴形部分的模间干涉形成干涉谱及在吸水后有效折射率的改变使干涉谱发生变化，从而实现湿度的测量；光纤布拉格光栅对折射率不敏感仅对温度敏感的特点可实现温度的补偿，从而完成较精确的湿度测量。

发明内容

本发明是为了解决现有湿度传感器灵敏度低、响应慢、多参量同时变化易于造成交叉敏感等问题，现提供了可以温度测量的基于马赫-曾德干涉原理的水滴形光纤湿度传感系统。

基于马赫-曾德干涉原理的水滴形光纤湿度传感系统，其结构为：宽带光源(1)、表面涂覆聚酰亚胺的水滴形光纤(2)、光纤布拉格光栅(3)、光谱仪(4)。宽带光源(1)发出的光，经表面涂覆聚酰亚胺的水滴形光纤(2)和光纤布拉格光栅(3)，传输到光谱仪(4)显现出干涉图谱。宽带光源(1)发出的光在到达表面涂覆聚酰亚胺的水滴形光纤(2)时，因为光纤的弯曲，会使一部分光传输到包层当中，另一部分光继续在纤芯中传播，在光纤弯曲结束的部分包层中的光传输回纤芯当中，两部分的光发生模间干涉产生。

当外界环境湿度发生改变时，根据聚酰亚胺的吸水性，表面涂覆聚酰亚胺的水滴形光纤(2)的有效折射率将会发生改变，使干涉谱发生改变，从而实现湿度的传感。

由于光纤布拉格光栅(3)对温度的灵敏度较高但对折射率变化不敏感，根据其温度变化于波长漂移的关系，可以根据光谱仪(4)接收到的光谱频域的位置实现温度传感与补偿。

本实用新型采用干涉传感，利用弯曲的水滴形光纤产生的模间干涉原理，并在水滴形光纤的传感部分用聚酰亚胺进行涂敷，使传感光纤中的有效折射率发生改变，实现湿度传感；因为光纤布拉格光纤具有体积小，温度传感灵明度高，制作简单，可实现对温度进行测量和补偿，因此本实用新型所提到的基于马赫-曾德干涉原理的水滴形光纤湿度传感系统具有高灵敏度和高精度，同时可实现温度的测量与补偿。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构图。

具体实施方式

下面结合图1说明实施方法，该实用新型所描述的基于马赫-曾德干涉原理的水滴形光纤湿度传感系统，它包括宽带光源(1)、表面涂覆聚酰亚胺的水滴形光纤(2)、光纤布拉格光栅(3)、光谱仪(4)；宽带光源(1)发出的波长连续的光传输到表面涂覆聚酰亚胺的水滴形光纤(2)，在表面涂覆聚酰亚胺的水滴形光纤(2)处一部分光传输到包层当中，另一部分光继续在纤芯中传播，在光纤弯曲结束的部分包层中的光传输回纤芯当中，两部分的光发生模间干涉产生，在聚酰亚胺吸水后使光纤的有效折射率发生改变，从而使干涉谱线发生改变；再根据光纤布拉格光栅(3)波长随温度的变化为每摄氏度10皮米，得到环境温度的变化，对水滴形光纤进行温度补偿，补偿后根据有效折射率的变化实现温度补偿的高灵敏度、高精度湿度测试。