CN103196475B - 温湿度和气体浓度同时测量的Hybrid光纤光栅传感系统 - Google Patents
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Abstract
本发明专利涉及光纤光栅传感技术领域。本发明专利公开了一种温湿度和气体浓度同时测量的Hybrid光纤光栅传感系统。这种传感系统包括：光源，Hybrid光纤光栅，解调装置，数据处理模块，连接用单模光纤及分路用3dB光分路器。其特点是：采用光源提供光信号，用3dB光分路器以及单模光纤将光纤布拉格光栅与两个倾斜光纤光栅连接构成Hybrid光纤光栅，用单模光纤将光源与Hybrid光纤光栅相连接，Hybrid光纤光栅的两个输出端分别与波长解调和功率解调的装置相连接，解调装置和数据处理模块相连。本发明专利的有益效果是：为环境健康监测提供新的方法和手段。
Description
技术领域
本发明专利涉及光纤光栅传感技术领域，特别是涉及一种温湿度和气体浓度同时测量的Hybrid光纤光栅传感系统。
背景技术
光纤光栅是一种新型光纤无源器件。它在光纤中建立起一种空间周期性的折射率分布，使得光在其中的传播行为得以改变和控制。人们已研制出基于布拉格、长周期、啁啾、超结构等多种结构的光纤光栅传感器，通过检测光纤光栅波长的漂移量或功率变化量，可以推测出待测物理场的状态。同时光纤光栅作为传感元件具有抗电磁干扰、耐高温、抗腐蚀、适用于恶劣环境、能多个光栅级联复用等优良特点，已成为传感领域中的一个重要传感手段。随着光纤光栅技术的不断完善发展，其在传感器领域的应用研究越来越引起人们的重视。
但是一般的光纤光栅测量传感系统测量功能较单一，当需测量多种数据时需要购买和使用多种仪器，给测量工作带来了不便；也有文献报道可以同时测量多个物理参量的传感结构，又导致了解调结构的复杂化。检索结果表明，目前尚没有与之一致的温湿度和气体浓度同时测量的传感系统的专利报导，这三种测量集中于一个传感系统在环境监测等领域是很有意义的。
发明内容
本发明专利的目的旨在利用Hybrid光纤光栅作为传感基元，对温度、湿度、气体浓度等物理量进行测量，并对测量的信号进行分析处理，构成温湿度和气体浓度同时测量的Hybrid光纤光栅传感系统。
本发明专利是一种温湿度和气体浓度同时测量的Hybrid光纤光栅传感系统，利用Hybrid光纤光栅传感器作为传感探头，对温度、湿度和气体浓度进行传感；对单一波峰进行功率和波长的解调，解调装置结构简单，易于实现。
本发明专利公开了一种温湿度和气体浓度同时测量的Hybrid光纤光栅传感系统，其技术方案如下：
这种温湿度和气体浓度同时测量的Hybrid光纤光栅传感系统，包括宽带光源、单模光纤、光纤光栅、光电检测装置，解调装置，数据处理模块。
温湿度和气体浓度同时测量的Hybrid光纤光栅传感系统其特点是：采用光源提供光信号，用3dB光分路器以及单模光纤将光纤布拉格光栅与两个倾斜光纤光栅连接构成Hybrid光纤光栅，用单模光纤将光源与Hybrid光纤光栅相连接，Hybrid光纤光栅的两个输出端分别与波长解调和功率解调的装置相连接，解调装置和数据处理模块相连。
所述的光源是可调谐光源或宽带光源，其波段应能覆盖光纤光栅的波段。
所述的Hybrid光纤光栅是由光纤布拉格光栅与两个倾斜光纤光栅连接构成，光纤布拉格光栅和倾斜光纤光栅的光谱相互叠加可以同时测量温度和湿度或者温度和气体浓度两种物理量，本发明专利所提出的Hybrid光纤光栅可以同时对温度、湿度、气体浓度分别进行测量。
所述的两个倾斜光纤光栅分别涂敷气体敏感材料和湿度敏感材料，分别来检测气体浓度和湿度的变化，涂敷不同的气体敏感材料可以对不同的气体浓度的变化进行检测。
所述的两个倾斜光纤光栅可以换成长周期光纤光栅等其他的随着外界折射率变化光谱或者输出光信号功率发生变化的光纤光栅。
所述的解调装置只需要测量单一光纤布拉格光栅峰值的功率和波长，简化了倾斜光纤光栅多个波峰同时检测的复杂解调结构。
本发明专利的温湿度和气体浓度同时测量的Hybrid光纤光栅传感系统，采用Hybrid光纤光栅作为传感元件，对温度、湿度和气体浓度进行传感，不仅具有耐高温、耐腐蚀和光纤光栅型传感器测量精度高、小型化、抗干扰、易复用等特点，还有解调结构简单易于实现等优点，在预防污染，环境健康监测等方面有广泛的应用前景。
附图说明
图1是温湿度和气体浓度同时测量的Hybrid光纤光栅传感系统结构图；
图2是传感原理示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。
这种温湿度和气体浓度同时测量的Hybrid光纤光栅传感系统，包括：光源，Hybrid光纤光栅，解调装置，数据处理模块，连接用单模光纤及分路用3dB光分路器。其特点是：采用光源提供光信号，用3dB光分路器以及单模光纤将光纤布拉格光栅与两个倾斜光纤光栅连接构成Hybrid光纤光栅，用单模光纤将光源与Hybrid光纤光栅相连接，Hybrid光纤光栅的两个输出端分别与波长解调和功率解调的装置相连接，解调装置和数据处理模块相连。
所述的光源是可调谐光源或宽带光源，其波段应能覆盖光纤光栅的波段。
所述的Hybrid光纤光栅是由光纤布拉格光栅与两个倾斜光纤光栅连接构成，光纤布拉格光栅和倾斜光纤光栅的光谱相互叠加可以同时测量温度和湿度或者温度和气体浓度两种物理量，本发明专利所提出的Hybrid光纤光栅可以同时对温度、湿度、气体浓度分别进行测量。
所述的两个倾斜光纤光栅分别涂敷气体敏感材料和湿度敏感材料，分别来检测气体浓度和湿度的变化，涂敷不同的气体敏感材料可以对不同的气体浓度的变化进行检测。
所述的两个倾斜光纤光栅可以换成长周期光纤光栅等其他的随着外界折射率变化光谱或者输出光信号功率发生变化的光纤光栅。
实施例：
宽带光源的工作波段为1525-1575nm。光纤布拉格光栅中心波长为1535nm，带宽为0.2nm，中心波长处反射率为95%。倾斜光纤光栅1的透射谱中包层模谐振峰的范围为1530~1552nm，纤芯模的谐振峰值为1554.8nm。倾斜光纤光栅2的透射谱中包层模谐振峰的范围为1528~1547nm，纤芯模的谐振峰值为1551.2nm。单模光纤采用C波段的单模光纤。功率解调采用InGaAs材料的PIN光电二极管，其响应中心波长为1300nm，响应带宽为600nm。波长解调采用可调谐光纤滤波器或基于光强的线性解调器，可检测得出光纤光栅的波长。单模光纤采用1550nm波段的单模光纤，3dB光分路器为1550nm波段的光分路器。
在实际应用时，用单模光纤将宽带光源与Hybrid光纤光栅相连接，Hybrid光纤光栅的两个输出端分别与波长解调和功率解调的装置相连接，解调装置和数据处理模块相连。
Claims (3)
1.一种基于Hybrid光纤光栅的温湿度和气体浓度同时测量的传感系统，它包括：光源，Hybrid光纤光栅，解调装置，数据处理模块，连接用单模光纤及分路用3dB光分路器，其特征在于：采用光源提供光信号，用3dB光分路器以及单模光纤将光纤布拉格光栅与两个长周期光纤光栅连接构成Hybrid光纤光栅，用单模光纤将光源与Hybrid光纤光栅相连接，Hybrid光纤光栅的两个输出端分别与波长解调和功率解调的装置相连接，解调装置为只需要测量单一光纤布拉格光栅峰值的功率和波长的布拉格光纤光栅解调系统，解调装置和数据处理模块相连。
2.根据权利要求1所述的基于Hybrid光纤光栅的温湿度和气体浓度同时测量的传感系统，其特征在于：光源为宽带光源或可调谐光源，其波段能覆盖布拉格光纤光栅和长周期光纤光栅的光谱范围。
3.根据权利要求1所述的温湿度和气体浓度同时测量的Hybrid光纤光栅传感系统，其特征在于：Hybrid光纤光栅是由光纤布拉格光栅与两个长周期光纤光栅连接构成，光纤布拉格光栅和长周期光纤光栅的光谱相互叠加可以同时测量温度和湿度或者温度和气体浓度两种物理量。
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