[发明专利]一种测量海水温盐的F-P级联光纤传感器及方法

权利要求书

1.一种测量海水温盐的F-P级联光纤传感器，其特征在于，由一种测量海水温盐的F-P级联光纤传感结构和解调仪组成，光纤传感结构和解调仪通过单模光纤连接，光纤传感结构由温度传感腔和盐度传感腔级联组成。

2.根据权利要求1所述的一种测量海水温盐的F-P级联光纤传感器，其特征在于，所述温度传感腔具体为：材料为二氧化硅的单模光纤纤芯，纤芯外连接有毛细石英管，毛细石英管末端镀有温敏材料膜，所述单模光纤纤芯与温敏材料膜之间的空气腔为温度传感腔；所述温敏材料膜对温度传感腔与盐度传感腔之间进行隔离。

3.根据权利要求1所述的一种测量海水温盐的F-P级联光纤传感器，其特征在于，所述盐度传感腔具体为：毛细石英管外连接有石英管，石英管末端连接石英棒，所述石英棒的内侧端面镀有金膜，所述温敏材料膜与金膜之间为盐度传感腔；所述石英管管壁存在微孔结构。

4.根据权利要求1所述的一种测量海水温盐的F-P级联光纤传感器，其特征在于，所述光纤传感结构存在单模光纤-空气端面、空气-温敏材料端面、温敏材料-海水端面和金膜端面四个反射面，其中温度传感腔包括单模光纤-空气端面、空气-温敏材料端面，盐度传感腔包括温敏材料-海水端面和金膜端面；单模光纤纤芯端面和温度传感腔内空气组成单模光纤-空气端面，温度传感腔内空气和温敏材料端面组成空气-温敏材料端面，温敏材料端面和海水接触面组成温敏材料-海水端面，金膜和海水接触面组成金膜端面。

5.一种测量海水温盐的方法，利用上述权利要求1一种测量海水温盐的F-P级联光纤传感器实现，其特征在于，具体包括以下内容：

解调仪扫描发射宽谱光，经光纤进入光纤传感结构；光纤传感结构内存在单模光纤-空气端面、空气-温敏材料端面、温敏材料-海水端面和金膜端面四个反射面，宽谱光经过四个反射面反射后经光纤传输至解调仪，形成干涉光谱信号；然后再将干涉光谱信号传送至上位机，在上位机中进行带通滤波处理后，得到温度传感腔光谱和盐度传感腔光谱以及每个光谱对应的特定谐振峰的中心波长，计算不同温度盐度环境下温度传感腔光谱和盐度传感腔光谱对应的特定谐振峰的中心波长移动量，然后利用双波长矩阵的方法，反推出海水温度和盐度；所述移动量为温度传感腔光谱和盐度传感腔光谱对应的特定谐振峰的中心波长的差值。

6.根据权利要求5所述的一种测量海水温盐的方法，其特征在于，所述双波长矩阵的方法具体为：当海水盐度保持不变而改变海水温度时，温度传感腔光谱对应的特定谐振峰的中心波长会发生不同大小的移动；当海水温度保持不变而改变海水盐度时，盐度传感腔光谱对应的特定谐振峰的中心波长会发生不同大小的移动；当海水盐度保持不变而改变海水温度时，盐度传感腔光谱对应的特定谐振峰的中心波长会发生不同大小的移动。

7.根据权利要求5所述的一种测量海水温盐的方法，其特征在于，F-P级联光纤传感结构的双波长矩阵为：

其中，Δλ_K与Δλ_P分别为温度传感腔光谱与盐度传感腔光谱对应的特定谐振峰中心波长的移动量；A为F-P级联光纤传感结构温度传感腔的温度灵敏度，C为F-P级联光纤传感结构温度传感腔对海水盐度的灵敏度，温度传感腔与海水隔离，因此温度传感腔对盐度不敏感，灵敏度为0；B为F-P级联光纤传感结构盐度传感腔对海水温度的灵敏度，D为F-P级联光纤传感结构盐度传感腔对海水盐度的灵敏度，所述温度灵敏度由对不同温度下的温度传感腔光谱和盐度传感腔光谱对应谐振峰中心波长和对应温度进行最小二乘拟合得到，所述盐度灵敏度由对不同盐度下的盐度传感腔光谱对应谐振峰中心波长和对应盐度进行最小二乘拟合得到；根据两个中心波长移动量利用矩阵运算推出海水的温度和盐度。