[实用新型]基于Sagnac环的反射型长周期光纤光栅温度和折射率双参数传感装置

说明书

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，涉及基于Sagnac环的反射型长周期光纤光栅温度和折射率双参数传感装置。

背景技术

折射率是表征物质物理和化学性质的重要参数，折射率测量在食品分析、质量监控、污染分析等重要领域有着极其广泛的应用。

长周期光纤光栅由于其电绝缘、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点，长周期光纤光栅的谐振波长和振幅对外界环境的变化非常敏感，并且可用于精确测量温度、应力、折射率等其他物理量，吸引了人们在化学、生物等领域的应用，在光纤通信、光纤传感和光信息处理等领域有着广阔的应用背景。然而，大部分折射率测量装置是检测透射谱的变化，在许多应用场合中有很大的局限性。反射谱检测有着装置布局简单、易于检测、成本低等优点，可以用于长距离监测系统中。

一般情况下，介质的折射率对温度都有一定响应关系，使得温度和折射率交叉敏感。因此，很多光纤传感器在测折射率的时候，需要对温度产生的影响进行补偿，精确地测量出所需的数据。现今，在光纤上镀膜的方法虽然能解决这个问题，但镀膜技术相对复杂而且容易损坏光纤。在长周期光纤光栅上镀膜，不容易保持，难以重复利用。温度和折射率串扰在实际测量一直是个难以解决的问题，特别是在长周期光纤光栅传感器中。

发明内容

本实用新型的目的就是克服透射谱检测的缺点以及介质温度和折射率串扰的影响，提出基于Sagnac环的反射型长周期光纤光栅温度和折射率双参数传感装置。

本实用新型为解决技术问题所采取的技术方案：

基于Sagnac环的反射型长周期光纤光栅温度和折射率双参数传感装置，包括宽带光源、光纤环形器、长周期光纤光栅、Sagnac环和光纤光谱仪。

宽带光源的输出端与光纤环形器的输入端口连接，光纤环形器的第一输出端口与长周期光纤光栅的一端连接，光纤环形器的第二输出端口与光纤光谱仪连接，长周期光纤光栅的另一端与Sagnac环相连；Sagnac环由耦合器和保偏光纤构成；长周期光纤光栅的谐振峰与Sagnac环的干涉峰的一个峰的位置相对齐。

本实用新型所具有的有益效益为：利用长周期光纤光栅后面接Sagnac环的结构特点，实现了反射型检测；利用长周期光纤光栅和保偏光纤Sagnac环对折射率和温度有不同的响应函数，顺利解决了温度和折射率之间串扰的问题，实现了同时测量液体温度和折射率。可适用于生物、化学等领域的远程测量，测量简单、方便、快捷、灵敏性高，实用性高。

附图说明

图1为本实用新型的湿度传感器的结构示意图；

其中：1.宽带光源、2.光纤环形器、3.长周期光纤光栅、4.耦合器、5.保偏光纤、6.光纤光谱仪。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。

参照图1，一种基于Sagnac环的反射型长周期光纤光栅温度和折射率双参数传感装置包括宽带光源1、光纤环形器2、长周期光纤光栅3、耦合器4、保偏光纤5和光纤光谱仪6。其中宽带光源1与光纤环形器2的第一输入端连接，光纤环形器2的第二输出端与长周期光纤光栅3连接，光纤环形器2的第三输出端与光纤光谱仪6连接，长周期光纤光栅3连接耦合器4的输入端的一个端口，耦合器4的输出端两个端口分别连接保偏光纤5的两端。

本实用新型的工作原理为：

宽带光源1发出的信号光先通过环形器2经过长周期光纤光栅3，通过长周期光纤光栅3的调制，会产生一个吸收峰，从而产生一个中心谐振波长。长周期光线光栅谐振波长的变化随温度和折射率变化成线性的关系：

Δλ_LPFG=K_L，TΔT+K_L，nΔn   (1)

K_L，T表示长周期光纤光栅的谐振峰波长随温度变化的变化系数，K_L，n表示长周期光纤光栅的谐振峰波长随折射率变化的变化系数，Δλ_LPG表示谐振峰中心波长的漂移量，ΔT和Δn分别表示温度和折射率的改变量。

耦合器4和保偏光纤5可以组成保偏光纤Sagnac环，从长周期光纤光栅3出来的光经过保偏光纤Sagnac环产生的光程差，可发生干涉。所产生的干涉峰会随着温度的变化产生漂移：

Δλ_SFLM=K_S，TΔT   (2)

K_S，T表示Sagnac环的干涉峰漂移量随温度变化的变化系数，Δλ_SFLMSagnac环的干涉峰漂移量。