[实用新型]基于法布理‑珀罗干涉的双光栅微纳光纤湿度传感系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种湿度传感系统，属于光纤传感领域。

背景技术

光纤传感技术的发展始于20世纪70年代，由于光纤具有灵敏度高、抗电磁干扰、体积小、易成阵列等诸多特点，在各领域得到研究与应用，成为传感技术的先导，推动着传感技术蓬勃发展；目前光纤常见的光纤传感器可以分为光纤光栅传感型、分布式光纤传感型和相位调制型；光纤光栅型传感器具有波长编码的独特优势，并随着波长解调技术的发展，光纤光栅传感技术已成熟且部分已商用化；但由于其制作中对栅距、曝光时间及折射率调制的限制，其裸光栅温度灵敏度不高，制作特殊光栅成本较高；分布式光纤传感可实现长距离、大范围的连续、长周期传感；但信号需后续放大处理，系统结构复杂，成本高，不易于商品化；相位调制型既干涉式光纤传感器具有制作简单、灵敏度高等优点，传感臂方便与其他敏感材料结合，能够实现多参量、高灵敏和特殊环境参量的传感测量；本实用新型采用干涉式传感，大大提高传感器灵敏度，同时由于光纤光栅对温度敏感，可同时实现对温度的测量与补偿，提高了测量精度，对于需要对湿度进行严格监控的实验环境或生产生活中由于湿度测量不准不及时而造成人身财产损失来说，具有高精度高灵敏度的湿度传感系统具有重要意义。

发明内容

本发明是为了解决现有的湿度传感器精度、灵敏度低的问题，现提供可实现温度补偿的基于法布理-珀罗干涉的双光栅微纳光纤湿度传感系统。

基于法布理-珀罗干涉的双光栅微纳光纤湿度传感系统；它包括宽带光源（1）、光纤耦合器（2）、一号光纤光栅（3）、表面涂覆石墨烯的微纳光纤（4）、二号光纤光栅（5）、光谱仪（6）。

宽带光源（1）发出波长连续的光，经光纤耦合器（2）到达一号光纤光栅（3），透射光经过表面涂覆石墨烯的微纳光纤（4）传输到二号光纤光栅（5）。

由于一号光纤光栅（3）与二号光纤光栅（5）为匹配光栅，两光栅的中心波长相同，当光传输到二号光纤光栅（5），满足其中心波长的光将被反射回来，同时该波长的光也满足一号光纤光栅（3），该波长的光将在两光栅之间反射形成干涉场，满足条件的波长将会将会经光纤耦合器（2）进入光谱仪（6）中，得到干涉光谱。

当外界湿度变化时，由于石墨烯对水蒸气有吸附作用，表面涂覆石墨烯的微纳光纤（4）的有效折射率将会改变，则由其传输的光的光程将会改变，相当于增加了反射腔长，从而使干涉谱改变，实现湿度传感。

由于一号光纤光栅（3）与二号光纤光栅（5）对温度敏感，其随温度的变化为温度每变化一摄氏度，光栅的中心波长漂移10皮米，可以根据光谱仪（6）接收到的干涉光谱频谱的位置实现温度测量与补偿。

本实用新型采用干涉式传感，利用两匹配光栅与微纳光纤组成法布理-珀罗干涉仪，并在微纳光纤处涂覆石墨烯，形成腔长可调的法布理-珀罗干涉仪，实现湿度传感；由于光纤光栅与微纳光纤都是体积小、低成本的光学元器件，且光纤光栅对温度敏感，可以对温度进行测量与补偿，因此本实用新型所述的基于法布理-珀罗干涉的双光栅微纳光纤湿度传感系统具有高灵敏度与高精度，同时可实现温度测量与补偿。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构图。

具体实施方式

下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的基于法布理-珀罗干涉的双光栅微纳光纤湿度传感系统，它包括宽带光源（1）、光纤耦合器（2）、一号光纤光栅（3）、表面涂覆石墨烯的微纳光纤（4）、二号光纤光栅（5）、光谱仪（6）；宽带光源（1）发出波长连续的光，经光纤耦合器（2）到达一号光纤光栅（3），透射光经过表面涂覆石墨烯的微纳光纤（4）传输到二号光纤光栅（5）；由于一号光纤光栅（3）与二号光纤光栅（5）为匹配光栅，两光栅的中心波长相同，当光传输到二号光纤光栅（5），满足其中心波长的光将被反射回来，同时该波长的光也满足一号光纤光栅（3），该波长的光将在两光栅之间反射形成干涉场，满足条件的波长将会经光纤耦合器（2）进入光谱仪（6）中，得到干涉光谱。

根据干涉光谱中两峰之间的波长间距，可以得到法珀腔长，既微纳光纤中光传输的光程；干涉光谱的频谱宽度与位置由光栅决定，可以根据频带位置，再根据光栅反射谱波长随温度的变化为每摄氏度10皮米，得到环境温度，根据温度变化利用光纤的热膨胀系数，可以得到微纳光纤的长度变化，对微纳光纤长度进行补偿，补偿后可以根据光程变化得到有效折射率，进而实现温度补偿的高精度高灵敏度湿度测试。