[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

说明书

本发明公开了一种测量海水温盐的F‑P级联光纤传感器及方法，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；温敏材料膜对温度传感腔与盐度传感腔之间进行隔离；本发明设计的传感结构将毛细石英管和温敏材料结合，大大提高了测温灵敏度；同时，基于温度补偿的原理，本发明利用F‑P级联结构实现了对盐度测量的校正，提高了盐度测量的精度；本发明结构简单、制作成本低、精度高，是实现海水温度与盐度高精度测量的有效手段。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种测量海水温盐的F-P级联光纤传感器及方法。

背景技术

温度和盐度是水体资源监测、环境保护、海洋资源开发的重要参数指标，对海洋学、水文气象学、环境保护的研究具有重要意义。海洋温盐测量需要高灵敏度、结构简单、测量范围大、传输稳定的传感器。目前，电导-温度-深度(CTD)传感器已被广泛应用于海洋学的研究。

然而，CTD传感器主要依靠电子元件工作，在海洋的恶劣环境下容易出现失灵、信号传输困难等问题，并存在远距离传输困难、维护成本高等缺陷。无法满足未来海洋立体化观测需求。

近年来，由于光纤传感器具有体积小、信号衰减小、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、成本低、传输距离远等优良特性，有望成为海洋环境下替代CTD探测系统的一种新选择。光纤光栅传感器和光纤法布里-珀罗(FP)传感器是光纤传感领域内两种成熟的传感器。光纤光栅传感器虽然具有结构稳定、易于制作等优点，但其测温灵敏度较低，且测量盐度较为困难，较难应用于实际测量过程。光纤法布里-珀罗(F-P)传感器作为光纤传感器的重要分支，除了具有光纤传感器的优点外，还具有结构简单、检测精度高、测量动态范围大等优点。

中国专利CN202110059378.9公开了一种基于干涉游标效应的海水盐温双参数传感器，虽然该传感器实现了海水温盐的双参数测量，但制备过程需在光纤内部制造微腔，技术难度较大。且该传感器结构为分立结构，无法满足测量上高时空分辨率的需求。中国专利CN202121932895.4公开了一种单光纤级联式温度-深度-盐度传感器，虽然该传感探头实现了传感结构的集成，但其温度灵敏度较低，且制备过程中的技术条件较为苛刻，如氢氧催化键合技术等。因此，实现结构简单、测量参数多、灵敏度高、易于制造的光纤FP一体式级联装置就显得尤为重要。

对海洋勘测应用而言，灵敏度高，结构简单，易于制造，体积小，具有多参量测量能力的单光纤级联式的传感器具有广阔的应用前景。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明设计了一种测量海水温盐的F-P级联光纤传感器及方法。

一种测量海水温盐的F-P级联光纤传感器，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；

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；

上述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；

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；

一种测量海水温盐的方法，利用上述一种测量海水温盐的F-P级联光纤传感器实现，具体包括以下内容：