基于Sagnac環(huán)的反射型長(zhǎng)周期光纖光柵溫度和折射率雙參數(shù)傳感裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及基于Sagnac環(huán)的反射型長(zhǎng)周期光纖光柵溫度和折射率雙參數(shù)傳感裝置。為實(shí)現(xiàn)反射型測(cè)量和解決上述的串?dāng)_現(xiàn)象，本實(shí)用新型在長(zhǎng)周期光纖光柵后面接一段保偏光纖Sagnac環(huán)。由于保偏光纖Sagnac環(huán)只對(duì)介質(zhì)的溫度有響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度和折射率同時(shí)測(cè)量。本實(shí)用新型包括寬帶光源、光纖環(huán)形器、長(zhǎng)周期光纖光柵、耦合器、保偏光纖和光纖光譜儀。本實(shí)用新型，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)測(cè)量折射率和溫度，可適用于遠(yuǎn)程測(cè)量，具有測(cè)量簡(jiǎn)單、方便、快捷、靈敏性高、實(shí)用性高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】基于Sagnac環(huán)的反射型長(zhǎng)周期光纖光柵溫度和折射率雙參數(shù)傳感裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于光纖傳感【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及基于Sagnac環(huán)的反射型長(zhǎng)周期光纖光柵溫度和折射率雙參數(shù)傳感裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]折射率是表征物質(zhì)物理和化學(xué)性質(zhì)的重要參數(shù)，折射率測(cè)量在食品分析、質(zhì)量監(jiān)控、污染分析等重要領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。
[0003]長(zhǎng)周期光纖光柵由于其電絕緣、耐腐蝕、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，長(zhǎng)周期光纖光柵的諧振波長(zhǎng)和振幅對(duì)外界環(huán)境的變化非常敏感，并且可用于精確測(cè)量溫度、應(yīng)力、折射率等其他物理量，吸引了人們?cè)诨瘜W(xué)、生物等領(lǐng)域的應(yīng)用，在光纖通信、光纖傳感和光信息處理等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用背景。然而，大部分折射率測(cè)量裝置是檢測(cè)透射譜的變化，在許多應(yīng)用場(chǎng)合中有很大的局限性。反射譜檢測(cè)有著裝置布局簡(jiǎn)單、易于檢測(cè)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，可以用于長(zhǎng)距離監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。
[0004]一般情況下，介質(zhì)的折射率對(duì)溫度都有一定響應(yīng)關(guān)系，使得溫度和折射率交叉敏感。因此，很多光纖傳感器在測(cè)折射率的時(shí)候，需要對(duì)溫度產(chǎn)生的影響進(jìn)行補(bǔ)償，精確地測(cè)量出所需的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)今，在光纖上鍍膜的方法雖然能解決這個(gè)問(wèn)題，但鍍膜技術(shù)相對(duì)復(fù)雜而且容易損壞光纖。在長(zhǎng)周期光纖光柵上鍍膜，不容易保持，難以重復(fù)利用。溫度和折射率串?dāng)_在實(shí)際測(cè)量一直是個(gè)難以解決的問(wèn)題，特別是在長(zhǎng)周期光纖光柵傳感器中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的就是克服透射譜檢測(cè)的缺點(diǎn)以及介質(zhì)溫度和折射率串?dāng)_的影響，提出基于Sagnac環(huán)的反射型長(zhǎng)周期光纖光柵溫度和折射率雙參數(shù)傳感裝置。
[0006]本實(shí)用新型為解決技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案:
[0007]基于Sagnac環(huán)的反射型長(zhǎng)周期光纖光柵溫度和折射率雙參數(shù)傳感裝置，包括寬帶光源、光纖環(huán)形器、長(zhǎng)周期光纖光柵、Sagnac環(huán)和光纖光譜儀。
[0008]寬帶光源的輸出端與光纖環(huán)形器的輸入端口連接，光纖環(huán)形器的第一輸出端口與長(zhǎng)周期光纖光柵的一端連接，光纖環(huán)形器的第二輸出端口與光纖光譜儀連接，長(zhǎng)周期光纖光柵的另一端與Sagnac環(huán)相連；Sagnac環(huán)由稱合器和保偏光纖構(gòu)成；長(zhǎng)周期光纖光柵的諧振峰與Sagnac環(huán)的干涉峰的一個(gè)峰的位置相對(duì)齊。
[0009]本實(shí)用新型所具有的有益效益為:利用長(zhǎng)周期光纖光柵后面接Sagnac環(huán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了反射型檢測(cè)；利用長(zhǎng)周期光纖光柵和保偏光纖Sagnac環(huán)對(duì)折射率和溫度有不同的響應(yīng)函數(shù)，順利解決了溫度和折射率之間串?dāng)_的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)測(cè)量液體溫度和折射率?？蛇m用于生物、化學(xué)等領(lǐng)域的遠(yuǎn)程測(cè)量，測(cè)量簡(jiǎn)單、方便、快捷、靈敏性高，實(shí)用性高。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0010]圖1為本實(shí)用新型的濕度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]其中:1.寬帶光源、2.光纖環(huán)形器、3.長(zhǎng)周期光纖光柵、4.稱合器、5.保偏光纖、6.光纖光譜儀。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0013]參照?qǐng)D1，一種基于Sagnac環(huán)的反射型長(zhǎng)周期光纖光柵溫度和折射率雙參數(shù)傳感裝置包括寬帶光源1、光纖環(huán)形器2、長(zhǎng)周期光纖光柵3、耦合器4、保偏光纖5和光纖光譜儀
6。其中寬帶光源I與光纖環(huán)形器2的第一輸入端連接，光纖環(huán)形器2的第二輸出端與長(zhǎng)周期光纖光柵3連接，光纖環(huán)形器2的第三輸出端與光纖光譜儀6連接，長(zhǎng)周期光纖光柵3連接耦合器4的輸入端的一個(gè)端口，耦合器4的輸出端兩個(gè)端口分別連接保偏光纖5的兩端。
[0014]本實(shí)用新型的工作原理為:
[0015]寬帶光源I發(fā)出的信號(hào)光先通過(guò)環(huán)形器2經(jīng)過(guò)長(zhǎng)周期光纖光柵3，通過(guò)長(zhǎng)周期光纖光柵3的調(diào)制，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)吸收峰，從而產(chǎn)生一個(gè)中心諧振波長(zhǎng)。長(zhǎng)周期光線光柵諧振波長(zhǎng)的變化隨溫度和折射率變化成線性的關(guān)系:
[0016]Δ λ LPFG=KLjTAT+KLjnAn (I)
[0017]Ku表示長(zhǎng)周期光纖光柵的諧振峰波長(zhǎng)隨溫度變化的變化系數(shù)，Kun表示長(zhǎng)周期光纖光柵的諧振峰波長(zhǎng)隨折射率變化的變化系數(shù)，Δ λ m表示諧振峰中心波長(zhǎng)的漂移量，ΔΤ和Λη分別表示溫度和折射率的改變量。
[0018]f禹合器4和保偏光纖5可以組成保偏光纖Sagnac環(huán),從長(zhǎng)周期光纖光柵3出來(lái)的光經(jīng)過(guò)保偏光纖Sagnac環(huán)產(chǎn)生的光程差，可發(fā)生干涉。所產(chǎn)生的干涉峰會(huì)隨著溫度的變化產(chǎn)生漂移:
[0019]Δ Asflm=K5jtAT (2)
[0020]KS,T表示Sagnac環(huán)的干涉峰漂移量隨溫度變化的變化系數(shù)，Δ λ SFIJ1Sagnac環(huán)的干涉峰漂移量。
[0021]在光纖環(huán)形器3的第三個(gè)端口接上光纖光譜儀，測(cè)得長(zhǎng)周期光纖光柵諧振峰的漂移量Δ Xlje和Sagnac環(huán)產(chǎn)生干涉峰的漂移量Xsfui,就可以由公式(I)和⑵求出各個(gè)系數(shù)。
[0022]該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)反射型測(cè)量溫度和折射率傳感的關(guān)鍵技術(shù)為:通過(guò)在長(zhǎng)周期光纖光柵后面接一個(gè)Sagnac環(huán)，利用Sagnac環(huán)的環(huán)形光路特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)反射型檢測(cè)；利用長(zhǎng)周期光纖光柵和保偏Sagnac環(huán)的對(duì)溫度和折射率不同相應(yīng)特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度和折射率雙參數(shù)的同時(shí)測(cè)量；長(zhǎng)周期光纖光柵諧振峰的位置與Sagnac環(huán)干涉峰的某一個(gè)峰值的位置對(duì)齊，在溫度和折射率改變的時(shí)候，可以分別清楚長(zhǎng)周期光纖光柵諧振峰和Sagnac產(chǎn)生的干涉峰的位置。
[0023]本實(shí)施例中長(zhǎng)周期光纖光柵的光柵周期為420um，周期數(shù)為40，柵區(qū)長(zhǎng)度為
1.7cm，諧振波長(zhǎng)為1500nm，諧振波長(zhǎng)處衰減幅度為30dB ;所用保偏光纖長(zhǎng)度為4cm，雙折率為5.74e-4,拍長(zhǎng)為2.7mm ;稱合器和保偏光纖組成的Sagnac環(huán)的損耗為6.8dB ;與長(zhǎng)周期光纖光柵諧振峰相對(duì)齊的Sagnac環(huán)產(chǎn)生的干涉峰位置在1499nm處。
【權(quán)利要求】
1.一種基于Sagnac環(huán)的反射型長(zhǎng)周期光纖光柵溫度和折射率雙參數(shù)傳感裝置，包括光纖環(huán)形器、長(zhǎng)周期光纖光柵、Sagnac環(huán)和光纖光譜儀,其特征在于:寬帶光源的輸出端與光纖環(huán)形器的輸入端口連接，光纖環(huán)形器的第一輸出端口與長(zhǎng)周期光纖光柵的一端連接，光纖環(huán)形器的第二輸出端口與光纖光譜儀連接，長(zhǎng)周期光纖光柵的另一端與Sagnac環(huán)相連；Sagnac環(huán)由稱合器和一段保偏光纖構(gòu)成；長(zhǎng)周期光纖光柵的諧振峰與Sagnac環(huán)的干涉峰的一個(gè)峰的位置相對(duì)。
【文檔編號(hào)】G01N21/41GK203657934SQ201420030827
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】段睿智, 袁劍英, 李玥, 梁子馨, 趙春柳 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院