[发明专利]光纤光栅F-P腔阵列准分布式多参量测量的方法及装置

说明书

本发明设计了一种光纤光栅F‑P腔阵列准分布式多参量测量的方法及装置，具有定点涂层的光纤光栅F‑P腔阵列通过单模光纤与光纤光栅F‑P腔阵列解调仪连接。光纤光栅F‑P腔表面具有多种不同涂层材料。光纤光栅F‑P腔解调仪解调得到光纤光栅F‑P腔反射谱形状及位置。当外界环境变化时，光纤光栅F‑P腔表面不同涂层材料伸缩大小、折射率等变化不同。涂层的改变带动光纤的变化，从而使光纤光栅F‑P腔干涉峰发生改变。通过干涉峰间隔、波长移动等信息，结合灵敏度矩阵方程，解调得到外界参量的变化。利用拉丝塔在线刻写光纤光栅F‑P腔，能够极大提升光纤光栅F‑P腔刻写效率，提高传感器强度，形成准分布式多参量测量的传感器阵列。

技术领域

本发明属于光纤光栅传感技术领域，尤其涉及一种光纤光栅F-P腔阵列准分布式多参量测量的方法及装置。

背景技术

随着时代的发展，对光纤传感器的要求不断提高。目前光纤传感器正朝着高性能、大容量、多参量和阵列化的方向发展。发展新一代光纤传感器网络已成为新一轮信息化浪潮的重大课题。

光纤光栅是新一代光无源器件，具有稳定性好、体积小、使用灵活、易于与光纤集成等优点，为光纤传感领域开辟了一个新的方向。目前光纤传感器已经广泛应用于电力、交通、安防等领域。随着时代的发展，单参量光纤传感器不能满足同时测量温度、应变等参量。而已有的光纤多参量传感器结构复杂、强度较弱、难以形成多参量传感网络。因此，在线制备光纤光栅多参量传感器阵列，不仅能够同时测量温度、应变等多参量，同时传感器具有高强度、低成本的优势。

中国专利CN101539403A发明了一种利用金属管封装裸光栅的光纤光栅应变、温度同时测量传感器。该传感器利用金属管封装光纤光栅，其中一个光栅两端受力，另一个光栅一端受力。通过一端受力光栅测量温度，补偿两端受力光栅，形成温度、应变双参量测量。这种传感器结构复杂、不易大规模制备，同时难以形成传感器阵列。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种光纤光栅F-P腔阵列准分布式多参量测量的方法及装置，通过拉丝塔在线刻写光纤光栅F-P腔，从而可以制备高强度、大容量的光纤传感器阵列；通过在线刻写光纤光栅F-P腔时，在光纤光栅F-P腔中光栅表面涂覆一种或多种涂层材料，使得光纤光栅F-P腔传感器能够同时测量多个参量。两种以上定点涂层材料，这些定点涂层材料具有相异的杨氏模量和/或折射率，其性能满足，其杨氏模量的差值大于50MPa和/或其相对折射率差值大于0.01％。性能参数差值越大，则传感器灵敏度越高。定点涂层材料包括聚丙烯酸树脂、聚酰亚胺、金属、玻璃或陶瓷、复合材料等。光纤还包括高分子有机物内涂层，其杨氏模量在30到800MPa之间，材料为硅橡胶或聚丙烯酸树脂。

测量两种参量时，只需要一种定点涂层，其性能满足，其杨氏模量与光纤的内涂层材料的差值大于50MPa，或者，其相对折射率与光纤的内涂层材料的差值大于0.01％即可。

测量三种及以上参量时，需要两种以上定点涂层。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明首先提供一种光纤光栅F-P腔阵列准分布式多参量测量的装置，该装置中光源、环形器、光纤光栅F-P腔传感器阵列、解调仪顺次连接，从光源发出的光经环形器入射到光纤光栅F-P腔传感器阵列中，反射回环形器，最后进入解调仪；两个光纤光栅构成法布里-珀罗干涉仪，光栅表面涂覆一种或多种定点涂层材料。使传感器在待测量作用下形成F-P腔干涉峰和光栅反射峰。在外界参量变化下，光纤光栅F-P腔的不同区域具有不同的谐振峰。根据谐振峰波长的移动，测得外界环境参量的变化。

按上述技术方案，光纤光栅表面具有两种以上定点涂层材料，这些定点涂层材料具有相异的杨氏模量和/或折射率，其性能满足，其杨氏模量的差值大于50MPa和/或其相对折射率差值大于0.01％。

按上述技术方案，定点涂层的厚度在外涂覆层厚度的0.5～1倍之间，每个定点涂层长度为1μm～10cm，相邻定点涂层的间隔L均相同，L在1μm～10cm之间。