CN104089927A - 一种基于半腐蚀光纤光栅的温度不敏感溶液浓度传感器 - Google Patents

一种基于半腐蚀光纤光栅的温度不敏感溶液浓度传感器 Download PDF

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沈常宇
陈德宝
刘桦楠
魏健
路艳芳
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Abstract

一种基于半腐蚀光纤光栅的温度不敏感溶液浓度传感器，其特征在于：由单模光纤(1)、光纤布拉格光栅(2)、半腐蚀光纤布拉格光栅(3)组成。光纤布拉格光栅在实际应用过程中会遇到温度交叉敏感效应的影响，本发明中提出了一种简单实用的解决光纤布拉格光栅的温度交叉敏感效应的方法，通过腐蚀工艺对一般的光纤布拉格光栅进行半蚀刻腐蚀，得到所需溶液浓度传感器，通过监测两个反射谱峰之间的波长差，可以很好的消除温度对传感器的影响，避免了采用其他温度补偿措施时复杂的结构和制作工艺。该传感器具有结构简单、制作成本低、易于操作、灵敏度高等特点，具有很好的实用价值和广阔的应用前景。

Description

一种基于半腐蚀光纤光栅的温度不敏感溶液浓度传感器
技术领域
本发明提供了一种基于半腐蚀光纤光栅的温度不敏感溶液浓度传感器，属于光纤传感技术领域。
背景技术
光纤光栅是近十多年来得到迅速发展的光纤器件，它是通过一定的方法在光纤纤芯形成永久性折射率周期性调制变化的光纤器件。耦合模理论是光纤光栅的基础，它以光栅的波长作为传感媒介，通过波长漂移获得外界物理量的变化。由于光纤光栅具有许多独特的优点，尤其是损耗小、容量大、抗电磁干扰等，使它在光纤通信和光纤传感领域受到重视并得到广泛应用。
发明内容
本发明目的在于提供了一种基于半腐蚀光纤光栅的温度不敏感溶液浓度传感器。不同浓度的溶液的折射率不同，该传感器能够将浓度参量的变化转化为折射率参量的变化，对光纤光栅波长产生影响，并且通过半腐蚀光纤光栅解决了温度交叉敏感效应，具有结构简单、制作成本低、易于操作等特点。
本发明通过以下技术方案实现：
一种基于半腐蚀光纤光栅的温度不敏感溶液浓度传感器，其特征在于：由单模光纤(1)、光纤布拉格光栅(2)、半腐蚀光纤布拉格光栅(3)组成；本发明中，用于刻写光纤布拉格光栅的光纤采用单模光纤，使用KrF准分子激光器采用相位掩膜方法进行光栅的刻写(248纳米)。
所述的一种基于半腐蚀光纤布拉格光栅的温度不敏感溶液浓度传感器，其特征在于：单模光纤(1)采用纤芯参杂锗/硼的单模光纤(SMF-28-Fiber)，纤芯直径8～10微米，包层直径125微米。
所述的一种基于半腐蚀光纤光栅的温度不敏感溶液浓度传感器，其特征在于：光纤布拉格光栅(2)的光栅周期为1072纳米，光纤布拉格光栅的中心波长为1552.04纳米，反射率为99.6％。
所述的一种基于半腐蚀光纤光栅的温度不敏感溶液浓度传感器，其特征在于：半腐蚀光纤布拉格光栅(3)采用两次腐蚀法获得，直径为6.5微米，所用腐蚀溶液为氢氟酸(HF)，第一次氢氟酸溶液浓度为45％，腐蚀约40分钟，第二次氢氟酸溶液浓度为15％，腐蚀过程中采用掺铒光纤器(EDFA)作为入射光源，通过光谱分析仪(OSA)对反射谱峰进行实时观测。
本发明的工作原理是：光纤光栅在腐蚀掉后半部分包层后呈现出不同的特性，半腐蚀光纤光栅的反射光谱中存在两个波峰，温度变化时，波峰会发生红移，但是双峰波长差恒定不变，溶液浓度的变化会引起相应的折射率的变化，折射率的变化会改变双峰波长差的大小，所以把波峰差值作为被测量来测量溶液浓度。
本发明的有益效果是：本装置将待测溶液浓度的测量转化为反射谱峰差值的测量，溶液浓度不同，则折射率不同，反射双峰波长差不同，利用半腐蚀光纤光栅的两个反射谱峰的双峰波长差来消除了温度交叉敏感效应带来的影响，其结构简单、制作成本低、易于操作。
附图说明
图1是一种基于半腐蚀光纤光栅的温度不敏感传感器示意图；
图2是半腐蚀光纤光栅反射谱峰双峰波长差示意图；
图3是半腐蚀光纤光栅反射峰波长漂移及双峰波长差的温度特性示意图；
图4是反射谱峰的双峰波长差与糖溶液浓度关系示意图；
具体实施方式
下面结合附图及实施实例对本发明作进一步描述：
参见附图1，一种基于半腐蚀光纤光栅的温度不敏感溶液浓度传感器，其特征在于：由单模光纤(1)、光纤布拉格光栅(2)、半腐蚀光纤布拉格光栅(3)组成；本发明中，用于刻写光纤布拉格光栅的光纤采用单模光纤，使用KrF准分子激光器采用相位掩膜方法进行光栅的刻写(248纳米)。单模光纤(1)采用纤芯参杂锗/硼的单模光纤(SMF-28-Fiber)，纤芯直径8～10微米，包层直径125微米。光纤布拉格光栅(2)的光栅周期为1072纳米，光纤布拉格光栅的中心波长为1552.04纳米，反射率为99.6％。半腐蚀光纤布拉格光栅(3)采用两次腐蚀法获得，直径为6.5微米。
参见附图2，半腐蚀光纤光栅反射谱峰双峰波长差示意图，光纤光栅的后半部分在腐蚀掉包层后，其反射谱峰上出现两个波峰。参见附图3，反射谱峰会随温度增加出现红移，但是双峰波长差保持恒定。参见附图4，双峰波长差随糖溶液浓度的变化而变化，因此为了消除温度交叉敏感效应对测量的影响，可以把双峰波长差作为被测量。

Claims (3)

1.一种基于半腐蚀光纤光栅的温度不敏感溶液浓度传感器，其特征在于：由单模光纤(1)、光纤布拉格光栅(2)、半腐蚀光纤布拉格光栅(3)组成；本发明中，用于刻写光纤布拉格光栅的光纤采用单模光纤，使用KrF准分子激光器进行光栅的刻写(248纳米)，采用相位掩膜方法，光纤布拉格光栅的中心波长为1552.04纳米。
2.根据权利要求1所述的一种基于半腐蚀光纤光栅的温度不敏感溶液浓度传感器，其特征在于：光纤布拉格光栅(2)的光栅周期为1072纳米，反射率为99.6％。
3.根据权利要求1所述的一种基于半腐蚀光纤光栅的温度不敏感溶液浓度传感器，其特征在于：半腐蚀光纤布拉格光栅(3)采用两次腐蚀法获得，直径为6.5微米，所用腐蚀溶液为氢氟酸(HF)，第一次氢氟酸溶液浓度为45％，腐蚀约40分钟，第二次氢氟酸溶液浓度为15％，腐蚀过程中采用掺铒光纤器(EDFA)作为入射光源，通过光谱分析仪(OSA)对反射谱峰进行实时观测。
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