CN203025082U - 一种基于lpg-tfbg结构的折射率传感器 - Google Patents

一种基于lpg-tfbg结构的折射率传感器 Download PDF

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方俊颉
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Abstract

本实用新型涉及一种基于LPG-TFBG结构的折射率传感器是利用倾斜光纤光栅反射的包层模受外界折射率的调制原理制成的。包括宽带光源、1×2光纤耦合器、刻有长周期光纤光栅的单模光纤、刻有倾斜光纤光栅的单模光纤、光电二极管和数据处理模块。从倾斜光纤光栅返回的包层模经长周期光纤光栅后进入光纤纤芯传输，转化成模拟电信号进入数据处理模块，通过测量包层模的强度，得到外界的折射率信息。本实用新型利用倾斜光纤光栅的布拉格反射模强度不受折射率影响的特性，外界温度变化只影响反射光谱的波长小范围漂移，可以有效避免温度变化对测量的影响。

Description

一种基于LPG-TFBG结构的折射率传感器
技术领域
本实用新型属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于LPG-TFBG结构的折射率传感器。
背景技术
折射率作为反映物质光学属性的一个基本物理参量，在光学领域中占据极为重要的地位，其对物质的光学特性具有重要的影响，在解释物质其他特性方面也扮演了不可缺失的角色。液体作为一种物质形态，普遍存在于生活的各个角落。借助检测液体折射率，可以了解液体的光学性能以及纯度、浓度、黏度等其他物理特性。在生物、医学、食品、环境科学、石油化工等领域，对液体折射率的检测具有重要的意义及应用价值，它是提高产品产量、保证产品质量的重要技术手段，是一项重要的计量参数。
光纤传感器具有小型化、抗电磁干扰、耐腐蚀、测量精度高、适于易燃易爆环境下使用以及远距离稳定传感等优点。目前，基于光纤的折射率传感器有利用光子晶体光纤、光纤布拉格光栅(FBG)和长周期光纤光栅(LPG)等，其缺点是不能解决温度和光源波动引起的交叉敏感效应。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种基于LPG-TFBG结构的折射率传感器，以解决光纤湿度传感器温度和光源波动引起的交叉敏感效应。
所述的一种基于LPG-TFBG结构的折射率传感器，其特征是包括宽带光源、1×2光纤耦合器、刻有长周期光纤光栅的单模光纤、刻有倾斜光纤光栅的单模光纤、光电二极管和数据处理模块，刻有长周期光纤光栅的单模光纤与刻有倾斜光纤光栅的单模光纤熔接，构成传感装置的传感探头，所述的1×2光纤耦合器a端其中一根光纤与自发辐射宽带光源相连，b端与传感探头相连，1×2光纤耦合器a端另一根光纤依次经光电二极管与数据处理模块的输入端相连。
所述的一种基于LPG-TFBG结构的折射率传感器，其特征在于所述的刻有倾斜光纤光栅的单模光纤是刻蚀在载氢的光敏光纤制成的，光栅栅区长度为4-6cm，光栅条纹与光纤轴线夹角约为3°-8°。
所述的一种基于LPG-TFBG结构的折射率传感器，其特征在于所述的长周期光纤光栅可将倾斜光纤光栅的反射包层模耦合到纤芯中传输。
本实用新型专利的优点在于：利用倾斜光纤光栅的布拉格反射模不受折射率影响的特性，可以避免自发辐射宽带光源功率波动对测量结果的影响，同时外界温度变化只影响反射光谱的波长小范围漂移而光谱强度不变，可以避免温度变化对测量的影响，得到一种具有温度不敏感的光纤折射率传感器。
附图说明
图1是本实用新型一种基于LPG-TFBG结构的折射率传感器的结构示意图
具体实施方式
下面结合说明书附图对本实用新型进一步说明：
如图1所示，一种基于倾斜光纤光栅的温度不敏感的折射率传感器，包括宽带光源1、1×2光纤耦合器2、刻有长周期光纤光栅的单模光纤3、刻有倾斜光纤光栅的单模光纤4、光电二极管5、数据处理模块6，所述的刻有长周期光纤光栅的单模光纤3与刻有倾斜光纤光栅的单模光纤4熔接，构成传感装置的传感探头，所述的1×2光纤耦合器2的a端其中一根光纤与自发辐射宽带光源1相连，b端与传感探头相连，传感探头返回的光经1×2光纤耦合器2的c端与光电二极管5与数据处理模块6的输入端相连。
本实用新型装置的工作方式为：宽带光源发出的光经1×2光纤耦合器a端输入，由b端口输出并进一步输入到长周期光纤光栅，最终传输到倾斜光纤光栅，倾斜光纤光栅反射光由布拉格模和许多包层模组成，通过长周期光纤光栅将这些包层模重新耦合到单模光纤的纤芯中，反射回来的光经1×2光纤耦合器c端输出。传感探头返回的光信号经过1×2光纤耦合器、光电二极管，将包层模信号光转换成模拟信号进入数据处理模块。当倾斜光纤光栅周围折射率改变，其包层模的光强也会发生相应的改变，所以最后通过长周期光纤光栅耦合进入数据处理模块对光电信号进行处理，根据光电信号的幅度值与折射率的关系可以算出相应的液体折射率。
本实施例中，选用的长周期光纤光栅的栅区长度为约2-3cm，倾斜光纤光栅的栅区长度约4-6cm，光栅条纹与光纤轴线夹角为3°-8°。

Claims (3)

1.一种基于LPG-TFBG结构的折射率传感器，其特征是包括宽带光源(1)、1×2光纤耦合器(2)、刻有长周期光纤光栅的单模光纤(3)、刻有倾斜光纤光栅的单模光纤(4)、光电二极管(5)和数据处理模块(6)，所述的刻有长周期光纤光栅的单模光纤(3)与刻有倾斜光纤光栅的单模光纤(4)熔接，构成传感装置的传感探头，所述的1×2光纤耦合器(2)的a端与宽带光源(1)相连，b端与传感探头相连，c端经光电二极管(5)与数据处理模块(6)的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于LPG-TFBG结构的折射率传感器，其特征在于所述的刻有倾斜光纤光栅的单模光纤(4)是刻蚀在载氢的光敏光纤制成的，光栅栅区长度为4-6cm，光栅条纹与光纤轴线夹角约为3°-8°。
3.根据权利要求1所述的一种基于LPG-TFBG结构的折射率传感器，其特征在于所述的长周期光纤光栅(3)与刻有倾斜光纤光栅的单模光纤(4)熔接，该结构可将TFBG的反射包层模耦合到纤芯中传输。
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