CN110567917A - 一种光纤分布式水体盐溶液浓度传感器 - Google Patents

一种光纤分布式水体盐溶液浓度传感器 Download PDF

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Abstract

针对现有传感器不能实现连续、大范围、长距离的盐溶液浓度测量的问题，本发明提供一种光纤分布式水体盐溶液浓度传感器，属于水体盐溶液浓度检测领域。所述传感器包括传感光纤和测量装置；所述传感光纤包括盐浓度敏感聚合物涂覆层和裸光纤，所述盐浓度敏感聚合物涂覆层包裹在裸光纤上，盐浓度敏感聚合物涂覆层的体积会随周围待测水体盐溶液的浓度变化而变化，裸光纤的双折射会随着包裹的盐浓度敏感聚合物涂覆层的体积变化而变化；测量装置，与所述传感光纤的首端和末端同时连接，用于测量传感光纤的双折射变化，并根据水体盐溶液的浓度与传感光纤的双折射变化的数量关系，获得所述传感光纤任意位置的水体盐溶液浓度。

Description

一种光纤分布式水体盐溶液浓度传感器
技术领域
本发明涉及一种光纤液体传感器，具体涉及一种光纤分布式盐溶液浓度测量传感装置，属于水体盐溶液浓度检测领域。
背景技术
在工农业生产过程中，往往需要对水体的盐度进行精确测量。水体盐浓度测量在海洋渔业及其他水产养殖业、自然环境监测与治理、海洋学和地球气候的研究及预测、矿产的探测、工业生产及军事应用等方面，都有十分重要的意义。
现有的盐度测量方法中，光学折射率法、电化学电导率法以及表面等离子法较为成熟。但是，上述方法存在长期稳定性和互换性差的缺点，表面等离子法的测量系统成本费用较高，经济价值较低，而其他电学盐度传感器长期浸泡在盐溶液中会发生腐蚀失效。
现有光纤盐度传感器主要有全光纤干涉仪盐度传感器、光纤光栅盐度传感器以及微纳光纤盐度传感器等。传感器置于被测水体中，当水体盐浓度发生变化，会影响传感器采样信号的强度、谱形或者中心频率。这些光纤盐度传感器虽然结构简单，具有很高的灵敏度和快速的响应，但是上述传感器都属于点式传感器，只能实现有限采样位置点的盐浓度测量，不能实现连续、大范围、长距离的分布式盐溶液浓度测量。
发明内容
针对现有传感器不能实现连续、大范围、长距离的盐溶液浓度测量的问题，本发明提供一种光纤分布式水体盐溶液浓度传感器。
本发明的一种光纤分布式水体盐溶液浓度传感器，所述传感器包括传感光纤和测量装置；
所述传感光纤包括盐浓度敏感聚合物涂覆层和裸光纤，所述盐浓度敏感聚合物涂覆层包裹在裸光纤上，盐浓度敏感聚合物涂覆层的体积会随周围待测水体盐溶液的浓度变化而变化，裸光纤的双折射会随着包裹的盐浓度敏感聚合物涂覆层的体积变化而变化；
测量装置，与所述传感光纤的首端和末端同时连接，用于测量传感光纤的双折射变化，并根据水体盐溶液的浓度与传感光纤的双折射变化的数量关系，获得所述传感光纤任意位置的水体盐溶液浓度。
作为优选，所述盐浓度敏感聚合物涂覆层为盐浓度敏感聚合物材料聚酰亚胺涂覆层。
作为优选，所述盐浓度敏感聚合物涂覆层为盐浓度敏感聚合物材料聚乙烯醇涂覆层。
作为优选，所述盐浓度敏感聚合物涂覆层的厚度范围为20～30μm。
作为优选，测量装置，用于测量待测水体盐溶液中传感光纤的双折射分布值，将该双折射分布值与基准信号做差，获得传感光纤在待测水体盐溶液下双折射的变化量，再结合传感器的测量灵敏度计算出任意位置待测水体的盐浓度值；
所述基准信号为传感光纤置于盐浓度为0的清水中，得到的双折射分布值；
所述传感器的测量灵敏度为双折射的变化量与水体盐溶液浓度的对应关系。
作为优选，所述测量灵敏度的获取方法为：
将传感器的传感光纤放在不同已知浓度的盐溶液中，测量各种已知浓度的盐溶液中传感光纤的双折射分布值，将各种已知浓度的盐溶液中的传感光纤的双折射分布值分别与基准信号做差，获得多组不同已知浓度盐溶液条件下对应的传感光纤双折射变化差值，从而计算盐浓度变化量与双折射变化量之间的定量线性关系，结合传感器的误差范围，计算出传感器的测量灵敏度。
作为优选，所述测量装置2包括三个脉冲激光器、光纤偏振合束器、保偏光纤环形器、光电探测模块和控制上位机；
三个脉冲激光器中的1号脉冲激光器输出频率为ν1的脉冲激光输入给传感光纤的首端，三个脉冲激光器中的2号脉冲激光器输出频率为ν2的脉冲激光，并经光纤偏振合束器输入到传感光纤的末端，三个脉冲激光器中的3号脉冲激光器输出频率为ν3的脉冲激光，该脉冲激光经保偏光纤环形器输入至光纤偏振合束器，再经光纤偏振合束器输入至传感光纤的末端，在传感光纤内探测的到的双折射信号由传感光纤末端输出，再经光纤偏振合束器、保偏光纤环形器输入至光电探测模块，光电探测模块转换后的电信号发送给控制上位机；
频率ν1和ν2脉冲激光均为沿保偏光纤慢轴振动的线偏振光，ν3为沿保偏光纤快轴振动的线偏振光，且ν1与ν2的频率差值与传感光纤的布里渊频移相等，ν3与ν2频差的绝对值是ν2的整数倍。
作为优选，所述1号脉冲激光器为窄线宽稳频脉冲激光器，所述2号脉冲激光器和3号脉冲激光器均为可变脉冲激光器；
所述测量装置2还包括光学锁频模块，光学锁频模块为1号脉冲激光器和2号脉冲激光器提供加载电压，通过加载电压使ν1与ν2的频率差值与传感光纤的布里渊频移相等；
控制上位机用于向3号脉冲激光器输出调制信号，使ν3与ν2频差的绝对值是ν2的整数倍。
作为优选，所述1号脉冲激光器为窄线宽稳频脉冲激光器，所述3号脉冲激光器均为可变脉冲激光器，所述2号脉冲激光器采用微波调制光频率模块实现，1号脉冲激光器输出的频率ν1的脉冲激光同时输入给微波调制光频率模块，控制上位机输出调制信号给微波调制光频率模块，使输入的频率为ν1的脉冲激光发生频率变化，输出频率为ν2的脉冲激光；控制上位机还用于向3号脉冲激光器输出调制信号，使ν3与ν2频差的绝对值是ν2的整数倍。
作为优选，所述控制上位机还用于调整3号脉冲激光器输出的脉冲激光的脉冲宽度和光强，进而改变传感器的空间分辨率和有效测量距离。
本发明的有益效果，本发明的传感器具有分布测量水体中盐浓度变化的优点，可以对长距离、大范围的被测水体进行连续盐浓度变化监测；并具有极高的灵敏性，可以实现高精度的水体盐溶液浓度测量。同时测量装置通过改变3号脉冲激光器的脉冲宽度和输出光强来改变传感器的空间分辨率和有效测量距离，满足不同领域和实际需求。
附图说明
图1是本发明的传感光纤的结构示意图；
图2是实施例1和实施例2中测量装置的结构示意图；
图3是实施例3和实施例4中测量装置的结构示意图；
图4是实施例5中步骤一中基准信号的示意图；
图5是实施例5中步骤二中测得的每个浓度下传感光纤的双折射值示意图；
图6是实施例5中图5的双折射值与图4的基准信号做差，获得的不同已知浓度盐溶液条件下对应的传感光纤双折射变化差值示意图；
图7是盐浓度变化量与双折射变化量之间的定量线性关系。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本实施方式的光纤分布式水体盐溶液浓度传感器，包括传感光纤和测量装置；
本实施方式的传感光纤包括盐浓度敏感聚合物涂覆层和裸光纤，盐浓度敏感聚合物涂覆层包裹在裸光纤上；制备时，是将盐敏感聚合物材料涂覆在裸光纤外面；
本实施方式的盐浓度敏感聚合物涂覆层的体积会随周围水体盐溶液的浓度变化而变化，裸光纤的双折射会随着包裹的盐浓度敏感聚合物涂覆层的体积变化而变化；
使用时，将传感光纤置于待测水体内，盐浓度敏感聚合物涂覆层的体积会随周围盐溶液的浓度变化而变化，且涂覆层体积的变化量与盐浓度的变化量成比例关系。盐浓度敏感聚合物涂覆层体积变大(或减小)会对涂覆层包裹的裸光纤产生挤压(或牵拉)效果，改变聚合物涂覆层包裹的裸光纤受到的双折射；
测量装置，与传感光纤的首端和末端同时连接，用于测量裸光纤任意位置的双折射变化，并根据水体盐溶液的浓度与裸光纤的双折射变化的数量关系，获得所述任意位置的水体盐溶液浓度。
本实施方式的测量装置主要是为了测量传感光纤中的双折射，并根据水体盐溶液的浓度变化对双折射的影响，根据测量的双折射确定水体盐溶液的浓度；
本实施方式在光纤中注入光脉冲信号，根据脉冲回波的延时判断位置信息，实现分布式测量。由于脉冲光可以在光纤中传播很远，可以接收到长距离光纤远端的回波信号，进而实现长距离测量；
本实施方式的盐浓度敏感聚合物涂覆层与裸光纤接触面积，代表了本实施方式的传感器的测量范围，在测量时，盐浓度敏感聚合物涂覆层受周围盐浓度的影响，被包裹的传感光纤上分布的双折射值发生变化，通过测量装置获得传感光纤双折射的分布，测量出传感光纤上任意位置双折射的变化，实现连续大范围测量。
本实施方式的盐浓度敏感聚合物涂覆层为盐浓度敏感聚合物材料聚酰亚胺涂覆层或盐浓度敏感聚合物材料聚乙烯醇涂覆层。
在裸光纤外层涂覆盐浓度敏感聚合物涂覆层的过程可以采用商用光纤涂覆机，或者采用“旋涂法”或者“拉涂法”进行涂覆。为了既能够保证足够的测量灵敏性，又缩短响应时间，因此盐浓度敏感聚合物涂覆层不宜过厚，20～30μm厚度为最佳选择。盐浓度敏感聚合物涂覆层过薄会降低传感器灵敏度，盐浓度敏感聚合物涂覆层过厚则需要更长的作用时间，延长传感器响应时间。
优选实施例中，本实施方式的测量装置，用于测量待测水体盐溶液中传感光纤的双折射分布值，将该双折射分布值与基准信号做差，获得传感光纤在待测水体盐溶液下双折射的变化量，再结合传感器的测量灵敏度计算出任意位置待测水体的盐浓度值；
本实施方式的基准信号为传感光纤置于盐浓度为0的清水中，得到的双折射分布值；
所述传感器的测量灵敏度为双折射的变化量与水体盐溶液浓度的对应关系。
本实施方式中的测量灵敏度的获取方法为：
将传感器的传感光纤放在不同已知浓度的盐溶液中，测量各种已知浓度的盐溶液中传感光纤的双折射分布值，将各种已知浓度的盐溶液中的传感光纤的双折射分布值分别与基准信号做差，获得多组不同已知浓度盐溶液条件下对应的传感光纤双折射变化差值，从而计算盐浓度变化量与双折射变化量之间的定量线性关系，结合传感器的误差范围，计算出传感器的测量灵敏度。利用现有理论对本实施方式的传感器进行计算，就能够获得传感器的误差范围。
由盐浓度变化量与双折射变化量之间的定量线性关系可以得到该线性关系的斜率，如图7中所示为141MHz/mol/L，根据图6多次测量获得的数据重复率可以得到系统的测量误差约等于5MHz左右，则系统的测量误差灵敏度为5MHz/(141MHz/mol/L)＝0.035mol/L。
优选实施例中，所述测量装置2包括三个脉冲激光器、光纤偏振合束器、保偏光纤环形器、光电探测模块和控制上位机；
三个脉冲激光器中的1号脉冲激光器输出频率为ν1的脉冲激光输入给传感光纤100的首端，三个脉冲激光器中的2号脉冲激光器输出频率为ν2的脉冲激光，并经光纤偏振合束器输入到传感光纤100的末端，三个脉冲激光器中的3号脉冲激光器输出频率为ν3的脉冲激光，该脉冲激光经保偏光纤环形器输入至光纤偏振合束器，再经光纤偏振合束器输入至传感光纤100的末端，在传感光纤100内探测的到的双折射信号由传感光纤100末端输出，再经光纤偏振合束器、保偏光纤环形器输入至光电探测模块，光电探测模块转换后的电信号发送给控制上位机；
频率ν1、和ν2的脉冲激光均为沿保偏光纤慢轴振动的线偏振光，ν3为沿保偏光纤快轴振动的线偏振光，且ν1与ν2的频率差值与传感光纤100的布里渊频移相等，ν3与ν2频差的绝对值是ν2的整数倍。
本实施方式中由于1号脉冲激光器和2号脉冲激光器的频率差等于传感光纤100的布里渊频移，因此当频率为ν1和ν2的脉冲激光在传感光纤中相遇后就会发生相互作用产生布里渊动态光栅，布里渊动态光栅的本质是通过电致伸缩效应产生的声波场。在频率为ν1和ν2的脉冲激光发生相互作用后，布里渊动态光栅会以脉冲激光的传输方向沿着传感光纤产生；频率为ν3的脉冲激光被注入到传感光纤的另一个光学主轴里，探测所产生的布里渊动态光栅，布里渊动态光栅对频率为ν3的脉冲激光的反射信号，光电探测模块就可以获取光纤上每一点的布里渊动态光栅光谱和双折射频移，然后通过计算就可以获得传感光纤的双折射分布值。
实施例1：如图1和图2所示，本实施例的光纤分布式水体盐溶液浓度传感器，包括传感光纤100和测量装置200；
传感光纤100包括：厚度为25μm的盐浓度敏感聚合物聚酰亚胺涂覆层101和裸光纤102。
在裸光纤102外层涂覆盐浓度敏感聚合物聚酰亚胺材料涂覆层101的过程可以采用商用光纤涂覆机，或者采用“旋涂法”或者“拉涂法”进行涂覆。
测量装置200包括窄线宽稳频脉冲激光器201、光学锁频模块202、第一波长可变脉冲激光器203、首端连接法兰204、末端连接法兰205、光纤偏振合束器206、保偏光纤环形器207、光电探测器208、高速数据采集卡209、控制上位机210和第二波长可变脉冲激光器211；
首端连接法兰204和末端连接法兰205分别安装在盐溶液浓度传感光纤1的首端和末端；
窄线宽稳频脉冲激光器201输出频率为ν1的脉冲激光，该脉冲激光为沿保偏光纤慢轴振动的线偏振光；窄线宽稳频激光器201的脉冲激光输出端与首端连接法兰204连接；
第一波长可变脉冲激光器203输出频率为ν2的脉冲激光，该脉冲激光为沿保偏光纤慢轴振动的线偏振光；第一波长可变脉冲激光器203的脉冲激光输出端与光纤偏振合束器206的慢轴输入端连接；
光学锁频模块202的两个加载电压输出端分别与窄线宽稳频脉冲激光器201和第一波长可变脉冲激光器203的加载电压输入端连接，通过控制加载电压使ν1与ν2的频率差值与盐溶液浓度传感光纤1的布里渊频移相等；
第二波长可变脉冲激光器211输出频率为ν3的脉冲激光，该脉冲激光为沿保偏光纤快轴振动的线偏振光；第二波长可变脉冲激光器211的脉冲激光输出端与保偏光纤环形器207的1号输入端连接；
保偏光纤环形器207的2号输出端与光纤偏振合束器206的快轴输入端连接，保偏光纤环形器207的3号输出端与光电探测器208的光输入端连接；
光纤偏振合束器206的合束输出端与末端连接法兰205连接；
光电探测器208的微波电信号输出端与高速数据采集卡9的电信号输入端连接，高速数据采集卡209的信号输出端与控制上位机210信号输入端连接；
控制上位机210的调制信号输出端与第二波长可变脉冲激光器211的调制信号输入端连接，使ν3与ν2频差的绝对值是ν2的整数倍；
本实施例的控制上位机10的作用是：1、保存高速数据采集卡209采集的电学信号；2、通过改变加载在第二波长可变脉冲激光器211上的调制电流来改变第二波长可变脉冲激光器211输出激光频率；3、产生周期性方波信号，作为第二波长可变脉冲激光器211输出脉冲激光的触发信号，使第二波长可变脉冲激光器211与第一波长可变脉冲激光器203的频差的绝对值是第一波长可变脉冲激光器203的脉冲频率的整数倍；4、对高速数据采集卡209采集的电学信号进行处理，获得裸光纤任意位置的双折射变化，根据水体盐溶液的浓度与裸光纤102的双折射变化的数量关系，获得所述任意位置的水体盐溶液浓度。
同时，本实施例中通过控制上位机10调整第二波长可变脉冲激光器211的脉冲宽度和光强，进而改变传感器的空间分辨率和有效测量距离。
第三台频率为ν3的脉冲激光器产生的光脉冲脉冲宽度决定了传感器的空间分辨率，例如光脉冲宽度为10ns，则对应空间分辨率为1m。有效测量距离由光纤涂覆面积决定，光纤涂覆长度对应测量距离。
实施例2：如图1和图2所示，本实施例的光纤分布式水体盐溶液浓度传感器，包括传感光纤100和测量装置200；
传感光纤100包括：厚度为25μm的盐浓度敏感聚合物材料聚乙烯醇涂覆层101和裸光纤102。
在裸光纤102外层涂覆盐浓度敏感聚合物材料聚乙烯醇涂覆层101的过程可以采用商用光纤涂覆机，或者采用“旋涂法”或者“拉涂法”进行涂覆。
测量装置的结构与实施例1相同，原理如图2所示。
实施例3：如图1和图3所示，本实施例的光纤分布式水体盐溶液浓度传感器，包括传感光纤100和测量装置200；
传感光纤100包括：厚度为25μm的盐浓度敏感聚合物聚酰亚胺涂覆层101和裸光纤102。
在裸光纤102外层涂覆盐浓度敏感聚合物聚酰亚胺材料涂覆层101的过程可以采用商用光纤涂覆机，或者采用“旋涂法”或者“拉涂法”进行涂覆。
测量装置200包括窄线宽稳频脉冲激光器201、微波调制光频率模块202、首端连接法兰203、末端连接法兰204、光纤偏振合束器205、保偏光纤环形器206、光电探测器207、高速数据采集卡208、控制上位机209、第二波长可变脉冲激光器210；
首端连接法兰204和末端连接法兰205分别安装在盐溶液浓度传感光纤1的首端和末端；
窄线宽稳频脉冲激光器201的1号脉冲激光输出端和2号脉冲激光输出端同时输出频率为ν1的脉冲激光，该脉冲激光为沿保偏光纤慢轴振动的线偏振光；
窄线宽稳频脉冲激光器201的1号脉冲激光输出端与首端连接法兰203连接；
窄线宽稳频脉冲激光器201的2号脉冲激光输出端与微波调制光频率模块202的激光输入端连接，控制上位机209的调制信号输出端与微波调制光频率模块202的第一调制信号输入端连接，该调制信号控制微波调制光频率模块202使频率为ν1的脉冲激光发生频率变化，输出频率为ν2的脉冲激光，该脉冲激光为沿保偏光纤慢轴振动的线偏振光，ν1-Δν＝ν2，频率变化量为Δν，Δν与盐溶液浓度传感光纤1的布里渊频移相等；
微波调制光频率模块202的脉冲激光输出端与光纤偏振合束器205的慢轴输入端连接；
第二波长可变脉冲激光器210输出频率为ν3的脉冲激光，该输出脉冲激光为沿保偏光纤快轴振动的线偏振光，第二波长可变脉冲激光器210的脉冲激光输出端与保偏光纤环形器206的1号输入端连接；
控制上位机209的第二调制信号输出端与第二波长可变脉冲激光器210的调制信号输入端连接，使ν3与ν2频差的绝对值是ν2的整数倍；
保偏光纤环形器206的2号输出端与光纤偏振合束器205的快轴输入端连接，保偏光纤环形器206的3号输出端与光电探测器207的光输入端连接；
光纤偏振合束器205的合束输出端与末端连接法兰204连接；
光电探测器207的微波电信号输出端与高速数据采集卡208的微波电信号输入端连接，高速数据采集卡208的信号输出端与控制上位机209的信号输入端连接。
控制上位机209的作用是：1、保存高速数据采集卡208采集的电学信号；2、通过改变加载在第二波长可变脉冲激光器210上的调制电流来改变第二波长可变脉冲激光器210输出激光频率；3、产生周期性方波信号，作为第二波长可变脉冲激光器210输出脉冲激光的触发信号，使第二波长可变脉冲激光器210的脉冲频率与ν2频差的绝对值是ν2的整数倍；4、产生调制电压信号，加载到微波调制光频率模块202，使其改变窄线宽稳频脉冲激光器201输出激光的频率；5、对高速数据采集卡209采集的电学信号进行处理，获得裸光纤任意位置的双折射变化，根据水体盐溶液的浓度与裸光纤102的双折射变化的数量关系，获得所述任意位置的水体盐溶液浓度。
实施例4：如图1和图2所示，本实施例的光纤分布式水体盐溶液浓度传感器，包括传感光纤100和测量装置200；
传感光纤100包括：厚度为25μm的盐浓度敏感聚合物材料聚乙烯醇涂覆层101和裸光纤102。
在裸光纤102外层涂覆盐浓度敏感聚合物材料聚乙烯醇涂覆层101的过程可以采用商用光纤涂覆机，或者采用“旋涂法”或者“拉涂法”进行涂覆。
测量装置的结构与实施例3相同，原理如图3所示。
实施例5：利用实施例1-4任意传感器测量水体盐溶液浓度，测量方法包括：
步骤一：建立传感器测量基准：
将传感光纤100置于盐浓度为0的清水中，静置20分钟，启动测量装置200，得到清水环境下传感光纤的双折射分布值，作为基准信号，如图4所示；
步骤二：标定测量灵敏度：
由于裸光纤的尺寸结构和盐度敏感聚合物的种类和涂覆厚度都会对本实施方式的传感器的测量灵敏度产生影响，因此在制备传感器后需要对该传感器进行灵敏度标定。将传感器的传感光纤放在不同已知浓度的盐溶液中，测量各种已知浓度的盐溶液中传感光纤的双折射分布值，具体为：向清水中加入已知质量的纯盐固体，改变水体盐浓度，配制已知浓度的盐溶液，将传感光纤100浸入所述已知浓度的盐溶液中，测量在已知浓度的盐溶液中传感光纤100的双折射分布值；改变水体盐浓度，测量装置200测量各种已知浓度的盐溶液中传感光纤的双折射分布值，如图5所示；将各种已知浓度的盐溶液中的传感光纤的双折射分布值分别与基准信号做差，获得多组不同已知浓度盐溶液条件下对应的传感光纤双折射变化差值，如图6所示，从而计算盐浓度变化量与双折射变化量之间的定量线性关系，如图7所示，结合传感器的误差范围，计算出传感器的测量灵敏度；
在实际应用中光纤涂覆完成，标定一次就行了，因为光纤的线性系数跟涂覆层厚度和质量有关系，和外部测量环境无关，标定一次以后在很长一段时间都可以使用，在传感器使用一段时间之后，需要重新标定。
步骤三：清洗传感器的传感光纤；
标定完测量灵敏度的传感器会粘有一定量的盐溶液，如果直接用这个传感器测量被测水体，会引入测量误差，因此需要对标定完灵敏度的传感器进行清洗。具体方法是：将传感光纤置于盐浓度为0的清水中，反复用流水对传感光纤进行清洗，在清洗过程中，需要每隔设定时间利用测量装置测量一次传感光纤的双折射分布值，当传感光纤的双折射分布值不再发生变化，传感光纤清洗结束。
步骤四：利用传感器测量未知水体盐浓度：
将清洗后的传感光纤浸入待测水体进行未知盐浓度测量，静置20分钟，测量此条件下传感光纤的双折射分布值，将该双折射分布值与步骤一得到的基准信号做差，获得传感光纤在未知盐浓度被测水体情况下双折射的变化量，再结合步骤二获得的测量灵敏度计算出待测水体的盐浓度值。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (10)

1.一种光纤分布式水体盐溶液浓度传感器，其特征在于，所述传感器包括传感光纤和测量装置；
所述传感光纤包括盐浓度敏感聚合物涂覆层和裸光纤，所述盐浓度敏感聚合物涂覆层包裹在裸光纤上，盐浓度敏感聚合物涂覆层的体积会随周围待测水体盐溶液的浓度变化而变化，裸光纤的双折射会随着包裹的盐浓度敏感聚合物涂覆层的体积变化而变化；
测量装置，与所述传感光纤的首端和末端同时连接，用于测量传感光纤的双折射变化，并根据水体盐溶液的浓度与传感光纤的双折射变化的数量关系，获得所述传感光纤任意位置的水体盐溶液浓度。
2.根据权利要求1所述的水体盐溶液浓度传感器，其特征在于，所述盐浓度敏感聚合物涂覆层为盐浓度敏感聚合物材料聚酰亚胺涂覆层。
3.根据权利要求1所述的水体盐溶液浓度传感器，其特征在于，所述盐浓度敏感聚合物涂覆层为盐浓度敏感聚合物材料聚乙烯醇涂覆层。
4.根据权利要求2或3所述的水体盐溶液浓度传感器，其特征在于，所述盐浓度敏感聚合物涂覆层的厚度范围为20～30μm。
5.根据权利要求2或3所述的水体盐溶液浓度传感器，其特征在于，测量装置，用于测量待测水体盐溶液中传感光纤的双折射分布值，将该双折射分布值与基准信号做差，获得传感光纤在待测水体盐溶液下双折射的变化量，再结合传感器的测量灵敏度计算出任意位置待测水体的盐浓度值；
所述基准信号为传感光纤置于盐浓度为0的清水中，得到的双折射分布值；
所述传感器的测量灵敏度为双折射的变化量与水体盐溶液浓度的对应关系。
6.根据权利要求5所述的水体盐溶液浓度传感器，其特征在于，所述测量灵敏度的获取方法为：
将传感器的传感光纤放在不同已知浓度的盐溶液中，测量各种已知浓度的盐溶液中传感光纤的双折射分布值，将各种已知浓度的盐溶液中的传感光纤的双折射分布值分别与基准信号做差，获得多组不同已知浓度盐溶液条件下对应的传感光纤双折射变化差值，从而计算盐浓度变化量与双折射变化量之间的定量线性关系，结合传感器的误差范围，计算出传感器的测量灵敏度。
7.根据权利要求6所述的水体盐溶液浓度传感器，其特征在于，所述测量装置2包括三个脉冲激光器、光纤偏振合束器、保偏光纤环形器、光电探测模块和控制上位机；
三个脉冲激光器中的1号脉冲激光器输出频率为ν1的脉冲激光输入给传感光纤的首端，三个脉冲激光器中的2号脉冲激光器输出频率为ν2的脉冲激光，并经光纤偏振合束器输入到传感光纤的末端，三个脉冲激光器中的3号脉冲激光器输出频率为ν3的脉冲激光，该脉冲激光经保偏光纤环形器输入至光纤偏振合束器，再经光纤偏振合束器输入至传感光纤的末端，在传感光纤内探测的到的双折射信号由传感光纤末端输出，再经光纤偏振合束器、保偏光纤环形器输入至光电探测模块，光电探测模块转换后的电信号发送给控制上位机；
频率ν1和ν2的脉冲激光均为沿保偏光纤慢轴振动的线偏振光，ν3为沿保偏光纤快轴振动的线偏振光，且ν1与ν2的频率差值与传感光纤的布里渊频移相等，ν3与ν2频差的绝对值是ν2的整数倍。
8.根据权利要求7所述的水体盐溶液浓度传感器，其特征在于，所述1号脉冲激光器为窄线宽稳频脉冲激光器，所述2号脉冲激光器和3号脉冲激光器均为可变脉冲激光器；
所述测量装置2还包括光学锁频模块，光学锁频模块为1号脉冲激光器和2号脉冲激光器提供加载电压，通过加载电压使ν1与ν2的频率差值与传感光纤的布里渊频移相等；
控制上位机用于向3号脉冲激光器输出调制信号，使ν3与ν2频差的绝对值是ν2的整数倍。
9.根据权利要求7所述的水体盐溶液浓度传感器，其特征在于，所述1号脉冲激光器为窄线宽稳频脉冲激光器，所述3号脉冲激光器均为可变脉冲激光器，所述2号脉冲激光器采用微波调制光频率模块实现，1号脉冲激光器输出的频率ν1的脉冲激光同时输入给微波调制光频率模块，控制上位机输出调制信号给微波调制光频率模块，使输入的频率为ν1的脉冲激光发生频率变化，输出频率为ν2的脉冲激光；控制上位机还用于向3号脉冲激光器输出调制信号，使ν3与ν2频差的绝对值是ν2的整数倍。
10.根据权利要求8或9所述的水体盐溶液浓度传感器，其特征在于，所述控制上位机还用于调整3号脉冲激光器输出的脉冲激光的脉冲宽度和光强，进而改变传感器的空间分辨率和有效测量距离。
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