[发明专利]双长周期光纤光栅温湿度传感器

说明书

技术领域

本发明属于光纤光栅传感器技术领域，具体涉及一种能够同时测定温度和湿度的光纤光栅温湿度传感器。

背景技术

目前，基于光纤传感原理的湿度传感器大多是F～P腔式结构、FBG式结构和光纤端面镀膜式结构。但是，发明人在研发的过程中发现：F～P腔式湿度传感器和光纤端面镀膜式湿度传感器的制作过程复杂、实用化程度较低，FBG式湿度传感器虽然稳定性较好，但是其灵敏度不高。因此，均难以满足应用的需求。

对于长周期光纤光栅是一种透射型光纤光栅，无后向反射，与传统的光纤布拉格光栅相比，在传感测量系统中不需隔离器，长周期光纤光栅的周期相对较长，其模式耦合是同向传输的纤芯基模与包层模的耦合，所以长周期光纤光栅的谐振波长和幅值对外界环境的变化非常敏感，具有比光纤布拉格光栅更好的温度、弯曲和折射率灵敏度。基于长周期光纤光栅的湿度传感器是近年来湿度传感测量研究的新方向。文献1《宋韵等，基于非对称折变型超长周期光纤光栅的湿度传感器，中国激光，2009，36(8)：2042～2045》利用高频CO₂激光在普通通信单模光纤上制作了非对称折变型超长周期光纤光栅，给光栅表层涂覆一层纳米复合水凝胶，实现了湿度传感的测量。文献2[Xiujuan Yu，ea al.，Relative Humidity Sensor Based on Cascaded Long～Period Gratings With Hydrogel Coatings and Fourier Demodulation，IEEE Photonics Technology Letters，2009，21(24)：1828～1830]利用两个级联的长周期光纤光栅搭建成一个马-曾干涉回路，并涂覆水凝胶进行湿度增敏，相对湿度精度可达0.4％。该方法对长周期光纤光栅的写栅装置和技术都要求较高，导致制作成本昂贵，因此也难以普及使用。另外，基于长周期光纤光栅的湿度传感器大都未考虑温度与湿度的交叉影响。由于长周期光纤光栅对温度较为敏感，这在一定程度上会降低湿度的测量精度。长周期光纤光栅湿度传感器在实际应用中存在的与温度之间的交叉敏感的问题，因此也限制了长周期光纤光栅湿度传感器的进一步实用化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述湿度、温度传感器的缺点，提供一种在同一温度环境下可同时测量温度与湿度、测量精度高的双长周期光纤光栅温湿度传感器。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：在两个传感本体之间轴向设置有温度增敏直梁、支承直梁、金属套管，温度增敏直梁上设置有感温型长周期光纤光栅6，金属套管内设置有感湿型长周期光纤光栅，感温型长周期光纤光栅和感湿型长周期光纤光栅的尾纤熔接在一起。

本发明的感温型长周期光纤光栅和感湿型长周期光纤光栅的波长为1535～1555nm。

本发明的感温型长周期光纤光栅与感湿型长周期光纤光栅的波长相同。

本发明的感湿型长周期光纤光栅的表面镀有湿度增敏膜，湿度增敏膜为聚乙烯醇膜和/或聚谷氨酸膜，湿度增敏膜的厚度为30～50μm。

本发明的聚乙烯醇膜和聚谷氨酸膜为：在至少2层聚乙烯醇膜的外表面上镀1层厚度为5～10μm的聚谷氨酸膜。

本发明的温度增敏直梁和支承直梁的厚度为0.5～1mm。

本发明的温度增敏直梁为紫铜梁。

本发明的温度增敏直梁的一端设置在一个传感本体上、另一端切成矩形槽与另一个传感本体搭接。

本发明的金属套管上径向加工有孔径为0.5～1mm的透气孔。

本发明采用在传感本体上设置一个感温型长周期光纤光栅和一个感湿型长周期光纤光栅，将感温型长周期光纤光栅和感湿型长周期光纤光栅的尾纤进行熔接，当外界环境的温度发生变化时，长周期光纤光栅纤芯基模和包层模的有效折射率及光栅周期都会发生变化，导致长周期光纤光栅的谐振波长变化，当外界环境的湿度发生变化时，使长周期光纤光栅上的湿敏膜的折射率发生改变，进而影响光纤光栅纤芯基模和包层模的有效折射率，也会导致长周期光纤光栅的谐振波长变化，通过检测感温型长周期光纤光栅和感湿型长周期光纤光栅的透射波长，可得到环境的温度与湿度信息，实现双参量同时测量，而且测量精度高，提高了传感器的可靠性与安全性。本发明具有测量精度高、可同时测量温度和湿度等优点，可作为同时测量温度和湿度的传感器。

附图说明

图1为本发明的实施例1结构示意图。

图2为图1中感湿型长周期光纤光栅6的结构示意图。