基于长周期光纤光栅折射率温度双参数测量传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于长周期光纤光栅的折射率温度双参数测量传感器，包括光源装置、传输光纤、传感光纤以及光谱仪。其特征在于，所述光源装置的光信号输出端通过传输光纤与传感光纤的输入端相连，所述传感光纤的输出端通过传输光纤与所述光谱仪的输入端相连，所述传感光纤上刻有两段段长周期光纤光栅，所述两段长周期光纤光栅相互连接且具有不同的光栅周期，在信号光通过传感光纤时会产生两个谐振峰谷值波长，其中一段长周期光纤光栅具有涂覆层从而其谐振峰只随温度线性变化而对折射率不敏感，另一部分长周期光纤光栅没有涂覆层从而其谐振峰会同时随折射率和温度线性变化。
【专利说明】基于长周期光纤光栅折射率温度双参数测量传感器
【技术领域】
[0001]本实用新型属于光纤传感【技术领域】，涉及一种基于长周期光纤光栅的折射率温度双参数测量系统。
【背景技术】
[0002]光纤光栅通过一定的方法使光纤芯区的折射率沿轴向产生周期性调制，根据调制周期长短的不同，可将其分为短周期光纤光栅和长周期光纤光栅两类。长周期光纤光栅(Long Period Fiber Grating, LPFG)的周期为几十到几百微米,利用通向传输的纤芯基模和包层膜之间的耦合，在透射谱上产生波谷，属于透射型带阻滤波器。
[0003]光纤传感技术就是以光波为载体、光纤为媒介使外界的信号转换为光信号在传输过程中受到调制，使光信号的物理特征参量如光强度(光功率)、波长、频率、相位和偏振态等发生变化，再由接收端的探测器进行检测解调，将外界信号的变化以光信号变化的形式体现出来。由于光波不受电磁场干扰，容易被探测器接受和检测，因此光纤光栅被广泛的应用于传感领域。
[0004]在生物化学领域,折射率(Reflection Index, RI)和温度(Temperature, T)是两种重要的参量。液体的折射率是一个与液体的光学性能、浓度、成分以及色散等性质密切相关的重要物理参数，通过对样品折射率的测量，利用折射率与物质浓度之间的对应关系便可换算出样品的浓度，而温度对化学反应的速度和生物物质的活性有很大影响，这两个量对于生化领域具有十分重要的意义。
[0005]长周期光纤光栅具有制作成本低，无背向散射光的优点，已广泛的应用于光纤传感领域，由于长周期光纤光栅对温度和折射率均具有较高的敏感度，通过检测分析其透射谱的波谷波长对应于液体的折射率和温度的线性关系，可以实现对液体折射率和温度的测量。但是现有技术中的光纤传感器设备复杂且只能单独测量液体的折射率或温度，使用起来非常不方便。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的就是:为了解决普通光纤传感器结构复杂而且只能单参数测量的问题，提供了一种结构简单、体积小、灵敏度高的折射率和温度能够同时测量的传感器。
[0007]本实用新型为解决技术问题所采取的技术方案为:
[0008]基于长周期光纤光栅的折射率温度双参数测量传感器，包括光源装置、传输光纤、传感光纤以及光谱仪。
[0009]光源装置输出端通过传输光纤与传感光纤的输入端相连，该传感光纤的输出端通过传输光纤与光谱仪相连，传感光纤为刻有两段长周期光纤光栅的普通单模光纤，两段长周期光纤光栅连续刻写在同一根光纤上，并相互连接且具有不同的光栅周期，其中一段长周期光纤光栅剥去涂覆层，另一段长周期光纤光栅包含有涂覆层。
[0010]本实用新型的有益效果为:光纤光栅是在普通单模光纤上直接刻写制作的，其制造工艺简单，易于实现，成本低廉。解决了不能同时测量双参数的问题，能够实现温度和折射率的同时测量，提高了检测效率，节约了使用成本，同时减少了测量器件的数量，系统结构简单，体积小。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型实施例1的系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作详细说明。
[0013]如图1所示，基于长周期光纤光栅的折射率温度双参数测量传感器包括光源装置
1、传输光纤2、传感光纤3、传输光纤4以及光谱仪5。首先将传感光纤3的保护涂层除去，然后利用二氧化碳激光器在此段光纤上连续刻写两段相邻且周期不同的长周期光纤光栅6和7，再用涂覆机将保护涂层重新涂覆到长周期光纤光栅6上，使长周期光纤光栅6具有涂覆层8，构成光纤温度折射率传感器。
[0014]本实用新型的系统工作方式为:光源装置发出的信号光，通过传输光纤进入传感光纤并沿纤芯传播，传感光纤全部浸入盛有待测样品10的容器9中，信号光在传感光纤的敏感区上同时受到两个长周期光纤光栅调制，最后由光谱仪接收。由于两个光栅的光栅周期不同，透射谱中有两个吸收峰，从而产生两个中心谐振波长。先标定某参考状态下(一定温度和折射率)的两谐振波长的位置，再由实验测出两长周期光纤光栅谐振峰波长随温度与折射率的变化关系即温度变化系数kOT(；1,T、Icutc2, τ和折射率变化系数Iiuw2, ΚΙ最后浸入某种待测样品中，测量两 谐振波长的移动量ΛΔ λ ，由波长漂移与温度或折射率的线性关系式:
[0015]Δ ^lpfgi — kLPFG1,T*AT
[0016]A lpfg2 — kLPFG2, τ* A T+kLPFG2, RI* Δ RI
[0017]由以上两式可以求得折射率和温度的变化量，对比开始标定的参考温度和折射率可以得到当前的温度和折射率。
[0018]本实施例中，光源装置的输出波长为1200nm~1650nm ;光谱仪的工作波长覆盖范围为1200nm~1650nm ;传输光纤和传感光纤均米用常规单模光纤(G.652),纤芯直径为
8.2微米，包层直径为125微米，数值孔径为0.14 ;长周期光纤光栅6的光栅周期为0.42mm,谐振峰谷值波长为1542nm,长周期光纤光栅7的光栅周期为0.50mm,谐振峰谷值波长为1572nm。
[0019]通过以上实施例对本实用新型进行了揭示，但本实用新型的保护范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，对以上各构件所做的变形、替换等均将落入本实用新型的权利要求范围内。
【权利要求】
1.一种基于长周期光纤光栅折射率温度双参数测量传感器，包括光源装置、传输光纤、传感光纤以及光谱仪，其特征在于，所述光源装置的光信号输出端通过传输光纤与所述传感光纤的输入端相连，所述传感光纤的输出端通过传输光纤与所述光谱仪相连，所述传感光纤上刻有两段长周期光纤光栅，所述两段长周期光纤光栅相互连接且具有不同的光栅周期，其中一段长周期光纤光栅具有涂覆层，另一段长周期光纤光栅没有涂覆层。
2.如权利要求1所述的基于长周期光纤光栅折射率温度双参数测量传感器，其特征在于，所述两段长周期光纤光栅连续刻写在同一根光纤上。
【文档编号】G01K11/32GK203811537SQ201420024605
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年1月15日 优先权日:2014年1月15日
【发明者】周雨萌, 袁剑英, 俞文杰, 郎婷婷, 赵春柳 申请人:中国计量学院