[实用新型]一种毛细管光纤折射率传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于液体温度、折射率测量领域，具体为一种能够同时测量液体温度和折射率的毛细管光纤折射率传感器。

背景技术

折射率是流体介质重要的物理参数。流体介质诸多性质，如液体浓度、混合物成份、比重以及pH值等都可以在其折射率上得到反映。因此，人们通过测量液体的折射率就可以了解其物理和化学性质。所以折射率的测量是分析和研究液体的各种性质的一种有效手段，同时也是工业生产中各种反应过程检测和控制的重要方法。折射率测量的方法有多种，常用的折射率测量仪器为阿贝测量仪。这种方法需要提取一定量的被测物质放入仪器中进行测量，由操作人员读取测量值，无法实现在线检测和测量自动化。随着光纤传感技术的快速发展，基于光纤技术的折射率测量方法、技术及传感器受到关注。尤其是光纤光栅的产生及其优越的性能，使光纤光栅成为传感领域的佼佼者。它不仅具有抗电磁干扰、高灵敏度、响应速度快、动态范围宽、重量轻、结构紧凑、使用灵活、适用于腐蚀性或危险性环境等优点，同时还具有波长编码，便于复用构成光纤传感网络等优点。基于光纤光栅的折射率传感在生物化学传感器或生物探针等方面，具有很大的应用前途。

光纤光栅是利用光纤材料的光敏特性，在光纤纤芯或波导层形成周期性结构，其工作原理是在满足相位匹配条件的波长处发生模间共振耦合。当光纤光栅所处环境的温度、折射率等物理量发生改变时，通常该变化会引起光栅的周期或有效折射率发生改变，从而使得光栅的共振波长发生变化，就可以通过测量共振波长的变化，来获得待测物理量的变化情况。

布拉格光纤光栅的Bragg波长λ_B可由下式决定：

λ_B＝2n_effΛ

式中，n_eff是纤芯有效折射率，Λ为光栅周期。FBG的周期一般为几百纳米，它是对传输于纤芯的基模的反向耦合。因此可以作为应力，温度等的反射式传感器。但是传统的FBG对于环境折射率不敏感，不能用于制作生化传感器或生物探针。

为了提高光纤光栅传感器的性能，人们提出了各种不同的基于布拉格光纤光栅的传感器结构。常用的布拉格光纤光栅传感器装置是将Bragg光纤光栅的一端与光源连接，另一端接上光谱分析仪，通过观察光谱的的变化来检测环境的变化。李恩邦在申请号200610129439.x的专利《同时测量液体温度和折射率的光纤传感装置》提出利用光纤光栅和无芯光纤实现同时测量液体温度和折射率；Hyun Soo Jang等人在Opt.Express 2009年17期发表的文章Sensitive DNA biosensor based on a long-period grating formed on the side-polished fiber surface中提出了侧面抛光的长周期光纤光栅生物传感器；同年，Qing Wu等人在Appl.Opt第48期发表的Use of a single-multiple-single-mode fiber filter for interrogating fiber Bragg grating strain sensors with dynamic temperature compensation阐述了利用FBG和SMS结构实现了温度补偿的压力传感器。

但是由于介质的折射率随温度的不同而发生变化，这些传感器只有在一定温度下测得的折射率才有意义，因此我们在进行液体折射率测量时有必要进行温度补偿，以提高折射率测量的精度。

发明内容

本实用新型的目的是提出一种结构更简单、灵敏度更高、具有温度补偿的毛细管光纤折射率传感器。

本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型为一种毛细管光纤折射率传感器由光源连接输入光纤，输入光纤连接传感头部分，传感头部分连接输出光纤，输出光纤连接波长解调仪，其特征是：传感头部分由写有Bragg光纤光栅的单模光纤连接波导层写有Bragg光纤光栅的毛细管光纤组成。毛细管光纤采用单包层毛细管光纤或双包层毛细管光纤。输入光纤和输出光纤为单模光纤。入射光源为宽谱光源。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供的一种基于毛细管光纤折射率传感器，通过FBG单模光纤段对温度的测量，从而实现温度补偿，使折射率测量的精度有了更大的提高，简化了传感器的结构缩小了传感器体积，液体测量种类得到扩大，反射谱的光谱峰值各自独立避免了干涉的影响。

附图说明

图1单包层毛细管光纤结构示意图；