CN204924297U - 一种光纤光栅温湿度传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光纤光栅温湿度传感器，包括光纤光栅和封装柱壳，光纤光栅包括光纤、光刻在其中半根光纤上的布拉格光栅和光刻在另外半根光纤上的长周期光栅，布拉格光栅的中部涂覆有铝薄膜，长周期光栅的中部涂覆有负折射率温度系数的塑料覆层，塑料覆层的外表面上涂覆有湿敏材料薄膜；封装柱壳包括套装在布拉格光栅和长周期光栅交界处的封装隔板、套装在铝薄膜外部的温度封装柱壳和套装在湿敏材料薄膜外部的湿度封装柱壳，温度封装柱壳上连接有温度封装套帽，湿度封装柱壳上连接有湿度封装套帽。本实用新型结构简单，实现了温度湿度的同时测量，并彻底解决了串联干扰问题，在湿度测量时解决了温度的交叉敏感问题，其封装结构稳定性好。

Description

一种光纤光栅温湿度传感器

技术领域

本实用新型属于光纤光栅传感器技术领域，具体涉及一种光纤光栅温湿度传感器。

背景技术

随着科学技术的不断进步，光纤光栅传感测量技术已经成为国民经济发展的重要推动力，并在军事、科研、医疗以及工业生产等领域得到了广泛应用。众所周知，光纤光栅传感器具有体积小、抗干扰、检测精度高等优点，可以用来测量温度、应力、应变、加速度、湿度等环境参量，也可通过单根光纤实现对多个物理参量的同时测量。在进行多参量的测量时，前人通常在一根光纤上刻蚀两个布拉格光纤光栅进行温度与应变的测量、或温度与湿度的测量，其本质为利用多个布拉格光纤光栅反射波波长的漂移进行多参量的测量，难免出现串联干扰问题，对解调仪要求偏高。在已有的利用长周期光纤光栅测量湿度参量的研究报道中，通常采用聚酰亚胺作为湿敏材料，但常常缺乏关于温度交叉敏感因素的改善方法。另外，考虑矿用光纤光栅传感器的具体应用背景，实际中也缺少一种针对多参量测量光纤光栅的有效封装方法。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种光纤光栅温湿度传感器，其结构简单，实现方便，采用单根光纤实现了温度湿度的同时测量，并彻底解决了串联干扰问题，在湿度测量时解决了温度的交叉敏感问题，其封装结构稳定性好，实用性强，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种光纤光栅温湿度传感器，其特征在于：包括光纤光栅和封装柱壳，所述光纤光栅包括光纤、光刻在其中半根光纤上的布拉格光栅和光刻在另外半根光纤上的长周期光栅，所述布拉格光栅的中部涂覆有铝薄膜，所述长周期光栅的中部涂覆有负折射率温度系数的塑料覆层，所述塑料覆层的外表面上涂覆有湿敏材料薄膜；所述封装柱壳包括套装在布拉格光栅和长周期光栅交界处的封装隔板、套装在铝薄膜外部的温度封装柱壳和套装在湿敏材料薄膜外部的湿度封装柱壳，所述温度封装柱壳靠近封装隔板的一端与封装隔板粘接，所述温度封装柱壳的另一端连接有套装在布拉格光栅上的温度封装套帽，所述湿度封装柱壳靠近封装隔板的一端与封装隔板粘接，所述湿度封装柱壳的另一端连接有套装在长周期光栅上的湿度封装套帽。

上述的一种光纤光栅温湿度传感器，其特征在于：所述湿敏材料薄膜为聚酰亚胺薄膜。

上述的一种光纤光栅温湿度传感器，其特征在于：所述温度封装柱壳由铝合金制成，所述温度封装柱壳的中心设有供涂覆有铝薄膜的一段布拉格光栅穿过的第一布拉格光栅过孔，所述温度封装柱壳的侧面开有多个与第一布拉格光栅过孔相连通的温度检测透气孔，所述温度封装柱壳与温度封装套帽连接的一端外壁上设置有温度封装柱壳外螺纹，所述温度封装套帽与温度封装柱壳螺纹连接。

上述的一种光纤光栅温湿度传感器，其特征在于：所述温度封装套帽与温度封装柱壳螺纹连接的一端为敞口端且内壁上设置有温度封装套帽内螺纹，所述温度封装套帽的另一端为封闭端且设置有供布拉格光栅穿过的第二布拉格光栅过孔。

上述的一种光纤光栅温湿度传感器，其特征在于：所述湿度封装柱壳由不锈钢制成，所述湿度封装柱壳的中心设有供涂覆有塑料覆层和湿敏材料薄膜的一段长周期光栅穿过的第一长周期光栅过孔，所述湿度封装柱壳的侧面开有多个与第一长周期光栅过孔相连通的湿度检测透气孔，所述湿度封装柱壳与湿度封装套帽连接的一端外壁上设置有湿度封装柱壳外螺纹，所述湿度封装套帽与湿度封装柱壳螺纹连接。

上述的一种光纤光栅温湿度传感器，其特征在于：所述湿度封装套帽与湿度封装柱壳螺纹连接的一端为敞口端且内壁上设置有湿度封装套帽内螺纹，所述湿度封装套帽的另一端为封闭端且设置有供长周期光栅穿过的第二长周期光栅过孔。

上述的一种光纤光栅温湿度传感器，其特征在于：所述封装隔板由两块结构相同的半圆柱形隔板对接而成，所述半圆柱形隔板的底面中心位置处设置有半圆形的凹槽。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型的结构简单，实现方便。

2、本实用新型采用布拉格光栅测量温度，温度变化影响布拉格光栅反射波波长中心；采用长周期光栅测量湿度，而湿度变化影响长周期光栅透射波波长中心；因此，一透一反的测量结构可将温度与湿度所对应的中心波长进行有效区分，彻底解决了串联干扰问题。

3、本实用新型在采用长周期光栅测量湿度时，采用了负折射率温度系数的塑料覆层有效解决了温度的交叉敏感问题。

4、本实用新型针对矿用光纤光栅传感器的应用背景，温度测量布拉格光栅采用导热性较好的铝合金材料封装，而湿度测量的长周期光栅采用导热性相对较差的不锈钢材料封装，能够进一步提高该光纤光栅温湿度传感器温度与湿度测量的响应精度与分辨率。

5、本实用新型的稳定性好，实用性强，便于推广使用。

综上所述，本实用新型结构简单，实现方便，采用单根光纤实现了温度湿度的同时测量，并彻底解决了串联干扰问题，在湿度测量时解决了温度的交叉敏感问题，其封装结构稳定性好，实用性强，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的装配图。

图2为本实用新型光纤光栅的结构示意图。

图3为本实用新型温度封装柱壳的结构示意图。

图4为本实用新型温度封装套帽的结构示意图。

图5为本实用新型湿度封装柱壳的结构示意图。

图6为本实用新型湿度封装套帽的结构示意图。

图7为本实用新型封装隔板的结构示意图。

附图标记说明:

1—温度封装柱壳；1-1—第一布拉格光栅过孔；

1-2—温度检测透气孔；1-3—温度封装柱壳外螺纹；

2—温度封装套帽；2-1—温度封装套帽内螺纹；

2-2—第二布拉格光栅过孔；3—湿度封装柱壳；

3-1—第一长周期光栅过孔；3-2—湿度检测透气孔；

3-3—湿度封装柱壳外螺纹；4—湿度封装套帽；

4-1—湿度封装套帽内螺纹；4-2—第二长周期光栅过孔；

5-1—布拉格光栅；5-2—铝薄膜；

5-3—塑料覆层；5-4—湿敏材料薄膜；

5-5—长周期光栅；6—封装隔板；

6-1—半圆柱形隔板。

具体实施方式

如图1～图7所示，本实用新型包括光纤光栅和封装柱壳，所述光纤光栅包括光纤、光刻在其中半根光纤上的布拉格光栅5-1和光刻在另外半根光纤上的长周期光栅5-5，所述布拉格光栅5-1的中部涂覆有铝薄膜5-2，所述长周期光栅5-5的中部涂覆有负折射率温度系数的塑料覆层5-3，所述塑料覆层5-3的外表面上涂覆有湿敏材料薄膜5-4；所述封装柱壳包括套装在布拉格光栅5-1和长周期光栅5-5交界处的封装隔板6、套装在铝薄膜5-2外部的温度封装柱壳1和套装在湿敏材料薄膜5-4外部的湿度封装柱壳3，所述温度封装柱壳1靠近封装隔板6的一端与封装隔板6粘接，所述温度封装柱壳1的另一端连接有套装在布拉格光栅5-1上的温度封装套帽2，所述湿度封装柱壳3靠近封装隔板6的一端与封装隔板6粘接，所述湿度封装柱壳3的另一端连接有套装在长周期光栅5-5上的湿度封装套帽4。

本实施例中，所述湿敏材料薄膜5-4为聚酰亚胺薄膜。

如图3所示，本实施例中，所述温度封装柱壳1由铝合金制成，所述温度封装柱壳1的中心设有供涂覆有铝薄膜5-2的一段布拉格光栅5-1穿过的第一布拉格光栅过孔1-1，所述温度封装柱壳1的侧面开有多个与第一布拉格光栅过孔1-1相连通的温度检测透气孔1-2，所述温度封装柱壳1与温度封装套帽2连接的一端外壁上设置有温度封装柱壳外螺纹1-3，所述温度封装套帽2与温度封装柱壳1螺纹连接。所述温度封装柱壳1采用铝合金制成，能够提高布拉格光栅5-1与环境的导热性能。

如图4所示，本实施例中，所述温度封装套帽2与温度封装柱壳1螺纹连接的一端为敞口端且内壁上设置有温度封装套帽内螺纹2-1，所述温度封装套帽2的另一端为封闭端且设置有供布拉格光栅5-1穿过的第二布拉格光栅过孔2-2。

如图5所示，本实施例中，所述湿度封装柱壳3由不锈钢制成，所述湿度封装柱壳3的中心设有供涂覆有塑料覆层5-3和湿敏材料薄膜5-4的一段长周期光栅5-5穿过的第一长周期光栅过孔3-1，所述湿度封装柱壳3的侧面开有多个与第一长周期光栅过孔3-1相连通的湿度检测透气孔3-2，所述湿度封装柱壳3与湿度封装套帽4连接的一端外壁上设置有湿度封装柱壳外螺纹3-3，所述湿度封装套帽4与湿度封装柱壳3螺纹连接。所述湿度封装柱壳3采用不锈钢制成，能够降低长周期光栅5-5与环境的导热性能。

如图6所示，本实施例中，所述湿度封装套帽4与湿度封装柱壳3螺纹连接的一端为敞口端且内壁上设置有湿度封装套帽内螺纹4-1，所述湿度封装套帽4的另一端为封闭端且设置有供长周期光栅5-5穿过的第二长周期光栅过孔4-2。

如图7所示，本实施例中，所述封装隔板6由两块结构相同的半圆柱形隔板6-1对接而成，所述半圆柱形隔板6-1的底面中心位置处设置有半圆形的凹槽。

本实用新型使用时，利用铝薄膜5-2在温度变化时的延展特性实现对布拉格光栅5-1的牵拉，通过反射波长中心的漂移测量环境温度；并利用长周期光栅5-5测量环境湿度，利用塑料覆层5-3的温度补偿解决温度交叉敏感问题，利用湿敏材料薄膜5-4的湿胀牵拉对透射谐振中心波长的影响测量环境湿度；能够实现对温度湿度的同时测量。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种光纤光栅温湿度传感器，其特征在于：包括光纤光栅和封装柱壳，所述光纤光栅包括光纤、光刻在其中半根光纤上的布拉格光栅(5-1)和光刻在另外半根光纤上的长周期光栅(5-5)，所述布拉格光栅(5-1)的中部涂覆有铝薄膜(5-2)，所述长周期光栅(5-5)的中部涂覆有负折射率温度系数的塑料覆层(5-3)，所述塑料覆层(5-3)的外表面上涂覆有湿敏材料薄膜(5-4)；所述封装柱壳包括套装在布拉格光栅(5-1)和长周期光栅(5-5)交界处的封装隔板(6)、套装在铝薄膜(5-2)外部的温度封装柱壳(1)和套装在湿敏材料薄膜(5-4)外部的湿度封装柱壳(3)，所述温度封装柱壳(1)靠近封装隔板(6)的一端与封装隔板(6)粘接，所述温度封装柱壳(1)的另一端连接有套装在布拉格光栅(5-1)上的温度封装套帽(2)，所述湿度封装柱壳(3)靠近封装隔板(6)的一端与封装隔板(6)粘接，所述湿度封装柱壳(3)的另一端连接有套装在长周期光栅(5-5)上的湿度封装套帽(4)。

2.按照权利要求1所述的一种光纤光栅温湿度传感器，其特征在于：所述湿敏材料薄膜(5-4)为聚酰亚胺薄膜。

3.按照权利要求1所述的一种光纤光栅温湿度传感器，其特征在于：所述温度封装柱壳(1)由铝合金制成，所述温度封装柱壳(1)的中心设有供涂覆有铝薄膜(5-2)的一段布拉格光栅(5-1)穿过的第一布拉格光栅过孔(1-1)，所述温度封装柱壳(1)的侧面开有多个与第一布拉格光栅过孔(1-1)相连通的温度检测透气孔(1-2)，所述温度封装柱壳(1)与温度封装套帽(2)连接的一端外壁上设置有温度封装柱壳外螺纹(1-3)，所述温度封装套帽(2)与温度封装柱壳(1)螺纹连接。

4.按照权利要求3所述的一种光纤光栅温湿度传感器，其特征在于：所述温度封装套帽(2)与温度封装柱壳(1)螺纹连接的一端为敞口端且内壁上设置有温度封装套帽内螺纹(2-1)，所述温度封装套帽(2)的另一端为封闭端且设置有供布拉格光栅(5-1)穿过的第二布拉格光栅过孔(2-2)。

5.按照权利要求1所述的一种光纤光栅温湿度传感器，其特征在于：所述湿度封装柱壳(3)由不锈钢制成，所述湿度封装柱壳(3)的中心设有供涂覆有塑料覆层(5-3)和湿敏材料薄膜(5-4)的一段长周期光栅(5-5)穿过的第一长周期光栅过孔(3-1)，所述湿度封装柱壳(3)的侧面开有多个与第一长周期光栅过孔(3-1)相连通的湿度检测透气孔(3-2)，所述湿度封装柱壳(3)与湿度封装套帽(4)连接的一端外壁上设置有湿度封装柱壳外螺纹(3-3)，所述湿度封装套帽(4)与湿度封装柱壳(3)螺纹连接。

6.按照权利要求5所述的一种光纤光栅温湿度传感器，其特征在于：所述湿度封装套帽(4)与湿度封装柱壳(3)螺纹连接的一端为敞口端且内壁上设置有湿度封装套帽内螺纹(4-1)，所述湿度封装套帽(4)的另一端为封闭端且设置有供长周期光栅(5-5)穿过的第二长周期光栅过孔(4-2)。

7.按照权利要求1所述的一种光纤光栅温湿度传感器，其特征在于：所述封装隔板(6)由两块结构相同的半圆柱形隔板(6-1)对接而成，所述半圆柱形隔板(6-1)的底面中心位置处设置有半圆形的凹槽。