CN102507449A - 基于tfbg温度不敏感的光源自校正湿度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于TFBG的温度不敏感的光源自校正湿度传感器是利用倾斜光纤光栅反射的包层模受外界湿度的调制和反射的布拉格模不受外界湿度调制原理制成的。包括光源、三端口光环形器、双锥形光纤、刻有倾斜光纤光栅的单模光纤、1×2光纤耦合器、两块滤光片、两个光电二极管、数据处理模块。从倾斜光纤光栅返回的包层模和布拉格模经双锥形光纤耦合后进入光纤纤芯传输，分别转化成模拟电信号进入数据处理模块，通过测量两者的强度比，得到外界的湿度信息。本发明利用倾斜光纤光栅的布拉格反射模不受湿度影响的特性，可以有效避免光源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，可以有效避免温度变化对测量的影响。

Description

基于TFBG温度不敏感的光源自校正湿度传感器

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于TFBG温度不敏感的光源自校正湿度传感器。

背景技术

人类的生存和社会活动与湿度密切相关。随着现代化的实现，很难找出一个与湿度无关的领域。在工农生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经常需要对环境湿度进行测量及控制。但在常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的一个参数。从制造角度看，同是湿度传感器，材料、结构不同，工艺不同，其性能和技术指标有很大差异。测量湿度要比测量温度复杂的多，温度是个独立的被测量，而湿度却受到其他因素(温度)的影响，所以用电阻式湿敏元件和电容式湿敏元件来测量湿度的方法已无法满足现代科技发展的需要。

光纤传感器具有抗电磁干扰、易微型化、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，基于光纤的湿度传感器有利用塑料光纤、光纤布拉格光栅(FBG)和长周期光纤光栅(LPG)和光纤倾斜光栅(TFBG)等，已授权的发明专利基于倾斜光纤光栅的空气相对湿度测量仪(专利号：ZL200810053342.4)，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

本发明的目的是提供一种基于TFBG温度不敏感的光源自校正湿度传感器，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。

所述的基于TFBG的温度不敏感的光源自校正湿度传感器，其特征是包括光源、三端口光环形器、双锥形光纤、湿度敏感材料、刻有倾斜光纤光栅的单模光纤、1×2光纤耦合器、两块滤光片、两个光电二极管和数据处理模块，双锥形光纤的两端分别与标准的单模光纤和刻有倾斜光纤光栅的单模光纤无偏心熔接，构成传感装置的传感探头，所述的三端口光环形器的a端与光源相连，b端与传感探头相连，c端与1×2光纤耦合器的一个输入端口相连，1×2光纤耦合器第一个输出端口依次经第一滤光片、第一光电二极管与数据处理模块的一个输入端相连，1×2光纤耦合器第二个输出端口依次经第二滤光片、第二光电二极管与数据处理模块的另一个输入端相连，所述的湿度敏感材料涂覆在刻有倾斜光纤光栅的单模光纤的表面。

所述的基于TFBG的温度不敏感的光源自校正湿度传感器，其特征在于所述的光源是采用波长为1520nm-1560nm范围的平坦宽带光源。

所述的基于TFBG的温度不敏感的光源自校正湿度传感器，其特征在于所述的第一滤光片是波长为1535nm-1545nm、隔离度＞20dB反射的包层模光滤波器，第二滤光片是波长为1545nm-1547nm、隔离度＞20dB反射的布拉格模光滤波器。

本发明专利的优点在于：利用倾斜光纤光栅的反射的布拉格模不受湿度影响的特性，可以避免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，光源自校正的光纤湿度传感器。

附图说明

图1是本发明基于TFBG的温度不敏感的光源自校正湿度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发明进一步说明：

如图1所示，基于倾斜光纤光栅的温度不敏感的湿度传感器，包括光源1、三端口光循环器2、双锥形光纤3、刻有倾斜光纤光栅的单模光纤4、湿度敏感材料5、1×2光纤耦合器6、两块滤光片7、8、两个光电二极管9、10和数据处理模块11，所述双锥形光纤的两端分别与标准的单模光纤和刻有倾斜光纤光栅的单模光纤4无偏心熔接，构成传感装置的传感探头，所述的三端口光环形器的a端与光源1相连，b端与传感探头相连，c端与1×2光纤耦合器6的一个输入端口相连，1×2光纤耦合器6第一个输出端口依次经第一滤光片7、第一光电二极管9与数据处理模块11的一个输入端相连，1×2光纤耦合器6第二个输出端口依次经第二滤光片8、第二光电二极管10与数据处理模块11的另一个输入端相连，所述的湿度敏感材料5涂覆在刻有倾斜光纤光栅的单模光纤4的表面。

本发明装置的工作方式为：光源发出的光经三端口光循环器的a端口输入到三端口光环形器，由三端口循环器的自身特性所致，光由b端口输出并进一步输入到双锥形光纤中，最终传输到倾斜光纤光栅，倾斜光纤光栅反射光有布拉格模和许多包层模组成，通过双锥形光纤将这些包层模重新耦合到单模光纤的纤芯中，反射回来的光经三端口光环形器的c端输出。传感探头返回的包层模光信号经过三端口光环形器、1×2光纤耦合器、第一滤光片和第一光电二极管，将包层模信号光转换成模拟信号进入数据处理模块；传感探头返回的布拉格模经过三端口光环形器、1×2光纤耦合器、第二滤光片和第二光电二极管，将布拉格模信号光转换成模拟信号进入数据处理模块。数据处理模块对输入的两路光电信号进行处理，根据两路光电信号的幅度关系算出相应的湿度值，此比值不随光源幅值波动，实现光源自校正。

本实施例中，选用的双锥形光纤长度为1mm，中间直径为70μm，双锥角为15°；倾斜光纤光栅的栅区长度约2-3cm，光栅条纹与光纤轴线夹角为3°-8°，光栅周期为1066μm。

Claims (3)

1.基于TFBG的温度不敏感的光源自校正湿度传感器，其特征是包括光源(1)、三端口光环形器(2)、双锥形光纤(3)、刻有倾斜光纤光栅的单模光纤(4)、湿度敏感材料(5)、1×2光纤耦合器(6)、两块滤光片(7)、(8)、两个光电二极管(9)、(10)和数据处理模块(11)，所述双锥形光纤的两端分别与标准的单模光纤和刻有倾斜光纤光栅的单模光纤(5)无偏心熔接，构成传感装置的传感探头，所述的三端口光环形器的a端与光源(1)相连，b端与传感探头相连，c端与1×2光纤耦合器(6)的一个输入端口相连，1×2光纤耦合器(6)第一个输出端口依次经第一滤光片(7)、第一光电二极管(9)与数据处理模块(11)的一个输入端相连，1×2光纤耦合器(6)第二个输出端口依次经第二滤光片(8)、第二光电二极管(10)与数据处理模块(11)的另一个输入端相连，所述的湿度敏感材料(5)涂覆在刻有倾斜光纤光栅的单模光纤(4)的表面。

2.根据权利要求1所述的基于TFBG的温度不敏感的光源自校正湿度传感器，其特征在于所述的光源(1)是采用波长为1520nm-1560nm范围的平坦宽带光源。

3.根据权利要求1所述的基于TFBG的温度不敏感的光源自校正湿度传感器，其特征在于所述的第一滤光片(7)是波长为1535nm-1545nm、隔离度＞20dB反射包层模光滤波器，第二滤光片(8)是波长为1545nm-1547nm、隔离度＞20dB反射布拉格模光滤波器。

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