專利名稱：一種光纖光柵傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖光柵傳感器，是借助光纖和光纖光柵進行探測濕度變化的傳感 器，該方法屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
濕度的測量在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中應用非常廣泛，如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的溫室環(huán)境，煙 草、茶葉、木材加工的干燥過程，制藥車間、醫(yī)院、手術(shù)室、細菌培養(yǎng)室等人工環(huán)境， 博物館、圖書館、檔案室、實驗室、機房等重要場所都需要進行濕度測量和控制。尤其 在礦井環(huán)境中，水層對巖石的滲透容易引發(fā)坍塌，通過對環(huán)境濕度變化的監(jiān)測，可有效 地避免此類礦難的發(fā)生。
目前最常用的濕度測量儀器是干濕球濕度計，利用濕球水分蒸發(fā)吸收潛熱大于干 球，使得濕球附近溫度低于干球附近溫度，根據(jù)溫度差獲得相對濕度值。但為了正確地 得到濕球溫度，濕球附近空氣應有足夠的風速。同時該方法很難實現(xiàn)數(shù)字化遠距離傳輸 結(jié)果，無法滿足很多生產(chǎn)生活的實際需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是制定一種使用光纖光柵(如布拉格光柵)的傳感器，以避免上述缺陷。 為此，本發(fā)明提出了一種光纖光柵傳感器，包括寬帶光源、光纖、固定波長的濾波 器、探測器和安置于光纖上的位于測量點的用于監(jiān)測濕度變化的光纖光柵，其特征在于-一該光纖光柵表面鍍有一層聚酰亞胺，
一固定波長的濾波器，只允許一窄的光波長帶通過，而限制其他波長通過，且其 允許通過的波長帶不在光纖光柵的反射波長帶內(nèi)，并與所述的反射波長帶有預設(shè)波長差 值，
一寬帶光源從光纖的所謂的入射端注入探測光，當被監(jiān)測濕度變化達到一定量值 時，位于測量點處的鍍有聚酰亞胺的光纖光柵的反射波長帶至少漂移了上述的預設(shè)波長差 值，從而使該反射波長帶至少覆蓋了固定波長的濾波器允許通過的波長帶的一部分，這時， 該測量點處的光纖光柵對寬帶光源入射的探測光信號產(chǎn)生的反射光信號，至少一部分反射 光信號可以通過固定波長的濾波器而到達探測器，從而探測到所述濕度的變化。
本發(fā)明是探測受監(jiān)測濕度變化的一種光纖光柵傳感器，是在光纖光柵表面鍍有一層聚 酰亞胺，其厚度為20-50微米，當聚酰亞胺吸收或釋放水蒸氣并使其自身發(fā)生變形時，光 纖光柵也隨之改變，從而使光纖光柵發(fā)生軸向應變，導致光纖光柵選擇性作用波長帶位置 漂移。如果在一個鍍有聚酰亞胺的光纖光柵附近的受監(jiān)測的濕度發(fā)生了變化，且發(fā)生的變 化達到了我們關(guān)心的程度，這時光纖光柵的反射波長帶至少漂移了預設(shè)波長差值，從而使 該反射波長帶至少覆蓋了固定波長的濾波器允許通過的波長帶的一部分，這時，該測量點 處的光纖光柵就對寬帶光源入射的探測光信號產(chǎn)生的反射光信號，至少一部分反射光信號 可以通過固定波長的濾波器而到達探測器，這說明有應力存在，從而可探測到相應濕度的 變化。
在實際工程中，我們常常只需要獲取一部分濕度變化的數(shù)據(jù)，就可以達到我們的目 標，如在一個需要監(jiān)測濕度的現(xiàn)場中的濕度報警系統(tǒng)中，對在65%RH至75%RH之間 時的濕度狀態(tài)我們不是迫切需要了解，我們只需設(shè)定一個監(jiān)測報警濕度，如60%RH,然后測量出該光纖光柵在60%RH時的選擇性作用波長帶并選取一個波長作為固定波長 的濾波器的通過波長，所述光纖光柵在70%RH時，其選擇性作用波長帶與選定的固定 波長的濾波器允許通過的波長有波長差，將該傳感器安裝在監(jiān)測的地方，在探測器前安 置該固定波長的濾波器，所述鍍有聚酰亞胺的光纖光柵，在通常情況下，環(huán)境濕度在 65%RH至75%RH之間時，其反射的光信號的波長帶與安裝的固定波長的濾波器允許通 過的波長帶有波長差，這時反射的光信號不能通過固定波長的濾波器，探測器將探測不 到光信號，只有當測量點處的濕度接近或達到60%RH時，該測量點處的光纖光柵反射 波長帶就會漂移并與固定波長的濾波器允許通過的波長帶交叉重疊，此時，會至少有一 部分反射的光信號通過固定波長的濾波器，到達探測器，探測器上會監(jiān)測到明顯的光信 號，從而觸發(fā)了濕度報警條件，達到了監(jiān)測的目的。
在實際工程條件下，僅監(jiān)測濕度的一個量值常常是不夠的，所以可以設(shè)置多個固定波 長的濾波器，其允許不同的光波長帶通過，且其允許通過的波長帶都不在鍍有聚酰亞胺光 纖光柵的反射波長帶內(nèi)，并與所述的反射波長帶有不同的預設(shè)波長差值，從而可以探測出 測量點處濕度變化的多個量值，同時就可以看出測量點濕度變化的趨勢，以便更好的監(jiān)測。
可以在一根光纖上的多個測量點分別設(shè)置多個鍍有聚酰亞胺光纖光柵，且光纖光柵具 有基本相同的反射波長帶，從而測量多個點的濕度的變化。并且根據(jù)反射光信號與時間的 關(guān)系可以確定有變化的測量點的位置。


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圖1是表示一個布拉格光柵的反射光譜、 一個固定波長的濾波器允許通過的光譜及兩 者的關(guān)系圖2是表示有關(guān)本發(fā)明的第一實施方式的光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)框圖3是表示有關(guān)本發(fā)明的第二實施方式的光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)框圖； 圖4是表示有關(guān)本發(fā)明的第三實施方式的光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)框圖中 3—寬帶光源， 4， 9一光分路器， 5， 5a， 5b， 5n —鍍有聚酰亞胺的光纖光柵， 6， 6a， 6b， 6n—光探測器， 7—光纖，
10， 10a， 10b， 10n—固定波長的濾波器。
具體實施例方式
圖1中的曲線1示意性地表示了一個布拉格光柵的反射光譜，Xi和、分別是該布拉 格光柵反射波長的下限和上限波長，在這兩個波長內(nèi)所有的波長都是布拉格光柵可以反射 的波長，這里稱為反射波長帶。曲線2示意性地表示了一個固定波長的濾波器允許通過的 光譜，入3和、分別是該波長帶的下沿和上沿波長，、和^3之間的距離就是所述的預設(shè)
波長差。
第一實施方式
圖2是表示第一實施方式的光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)框圖。第一實施方式的光纖光柵 傳感器由寬帶光源3、光探測器6、光分路器4、固定波長的濾波器IO、位于測量點處用 于監(jiān)測濕度變化的鍍有聚酰亞胺的光纖光柵5以及光纖7構(gòu)成。各部件之間以光纖連接。光分路器4可以是2分路耦合器，也可以是光環(huán)行器。
固定波長的濾波器10允許通過的波長帶與光纖光柵5的反射波長帶有一個預設(shè)的差 值，從寬帶光源3輸出的探測光信號通過光分路器4和光纖7，而達到光纖光柵5，光纖 光柵5對寬帶光源3注入的探測光信號有一窄帶光反射，反射的光信號經(jīng)過光分路器4 和光纖7到達固定波長的濾波器10，在被監(jiān)測濕度無變化或變化未達到我們關(guān)心的程度 時，反射光信號的波長不在固定波長的濾波器10允許通過的波長帶內(nèi)，即這時反射光信 號不能通過固定波長的濾波器10，探測器沒有探測到光信號；當被監(jiān)測點的濕度變化到 我們關(guān)心的程度時，位于所述測量點的光纖光柵5的反射波長帶至少漂移了所述的預設(shè) 波長差值，即該測量點處的光纖光柵反射波長帶就與固定波長的濾波器允許通過的波長 帶有交叉重疊，此時，會至少有一部分反射的光信號通過固定波長的濾波器，到達探測 器，探測器上會監(jiān)測到明顯的光信號，從而檢測到濕度的變化。
第二實施方式
圖3是表示第二實施方式的光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)框圖。第二實施方式的光纖光柵 傳感器由寬帶光源3、光探測器6a、光探測器6b、光探測器6n、光分路器4、光分路器 9、固定波長的濾波器10a、固定波長的濾波器10b、固定波長的濾波器10n、位于測量 點用于監(jiān)測濕度變化的鍍有聚酰亞胺的光纖光柵5以及光纖7構(gòu)成。各部件之間以光纖 連接。光分路器4可以是2分路耦合器，也可以是光環(huán)行器。
從寬帶光源3輸出的探測光信號，光纖光柵5對寬帶光源3注入的探測光信號有一 窄帶光反射，反射的光信號經(jīng)過光分路器4、光分路器9和光纖7到達固定波長的濾波 器10a、固定波長的濾波器10b和固定波長的濾波器10n，固定波長的濾波器10a、固定 波長的濾波器10b、固定波長的濾波器10n有不同的允許通過的波長帶，并與光纖光柵5 的反射波長帶有不同的預設(shè)差值，被監(jiān)測濕度的變化會引起光纖光柵5的反射波長帶的 漂移，當反射波長帶漂移了不同的預設(shè)波長差值時，光探測器6a、光探測器6b、光探測 器6n會探測到明顯的光信號，我們就可以檢測到濕度變化的多個量值。
第三實施方式
圖4是表示第三實施方式的光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)框圖。第三實施方式的光纖光柵 傳感器由寬帶光源3、固定波長的濾波器IO、光探測器6、光分路器4、位于測量點用于 監(jiān)測濕度變化的鍍有聚酰亞胺的光纖光柵5a、光纖光柵5b、光纖光柵5n、以及光纖7 構(gòu)成。各部件之間以光纖連接。光分路器4可以是2分路耦合器，也可以是光環(huán)行器。
從寬帶光源3輸出的探測光信號，通過光分路器4和光纖7，而達到具有基本相同反 射波長帶的光纖光柵5a、光纖光柵5b、光纖光柵5n，固定波長的濾波器10允許通過的 波長帶與光纖光柵5a、光纖光柵5b、光纖光柵5n的反射波長帶有一個預設(shè)的差值，當 位于某個測量點的被監(jiān)測濕度的變化引起光纖光柵的反射波長帶的漂移，且反射波長帶 漂移了所述的預設(shè)波長差值時，就會有反射光通過光纖7、光分路器4，通過固定波長的 濾波器10進入到光探測器6，這樣我們就可以檢測到濕度的變化；當我們根據(jù)進入到光 探測器6的反射光與時間的關(guān)系，就可以確定發(fā)生濕度變化的光纖光柵的位置，從而確 定了發(fā)生濕度變化的位置。
可見，根據(jù)本發(fā)明的探測的方法比現(xiàn)有技術(shù)的方法簡單。
當然，本發(fā)明并不限于前面所介紹的實施方式，我們可以將整個裝置用另一種等價裝 置代替，而不超出本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種光纖光柵傳感器，包括寬帶光源、光纖、固定波長的濾波器、探測器和安置于光纖上的位于測量點的用于監(jiān)測濕度變化的光纖光柵，其特征在于一該光纖光柵表面鍍有一層聚酰亞胺，—固定波長的濾波器，只允許一窄的光波長帶通過，而限制其他波長通過，且其允許通過的波長帶不在光纖光柵的反射波長帶內(nèi)，并與所述的反射波長帶有預設(shè)波長差值，—寬帶光源從光纖的所謂的入射端注入探測光，當被監(jiān)測濕度變化達到一定量值時，位于測量點處的光纖光柵的反射波長帶至少漂移了上述的預設(shè)波長差值，從而使該反射波長帶至少覆蓋了固定波長的濾波器允許通過的波長帶的一部分，這時，該測量點處的光纖光柵對寬帶光源入射的探測光信號產(chǎn)生的反射光信號中，至少有一部分反射光信號可以通過固定波長的濾波器而到達探測器，從而探測到所述濕度的變化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖光柵傳感器，其特征在于可以設(shè)置多個固定波長的濾 波器，其允許不同的光波長帶通過，且其允許通過的波長帶都不在光纖光柵的反射波長帶內(nèi)， 并與所述的反射波長帶有不同的預設(shè)波長差值，從而可以探測出測量點處濕度變化的多個量 值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光纖光柵傳感器，其特征在于可以在一根光纖上的多 個測量點分別設(shè)置多個光纖光柵，且這些光纖光柵具有基本相同的反射波長帶。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光纖光柵傳感器，其特征在于根據(jù)通過固定波長的濾波器 的反射光信號與時間的關(guān)系，可以確定有變化的光纖光柵的位置，從而可以確定有變化濕度 的位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光纖光柵傳感器，包括寬帶光源、光纖、固定波長的濾波器、探測器和位于測量點的用于監(jiān)測濕度變化的鍍有聚酰亞胺的光纖光柵，其特征在于固定波長的濾波器，只允許一窄的光波長帶通過，而限制其他波長通過，且其允許通過的波長帶不在光纖光柵的反射波長帶內(nèi)，并與所述的反射波長帶有預設(shè)波長差值，寬帶光源注入探測光，當被監(jiān)測濕度變化達到一定量值時，位于測量點處的光纖光柵的反射波長帶漂移了上述的預設(shè)波長差值，從而使該反射波長帶與固定波長的濾波器允許通過的波長帶交叉，這時，光纖光柵的反射光信號中，至少有一部分可以通過固定波長的濾波器而到達探測器，從而探測到所述濕度的變化。
文檔編號G01B11/16GK101424632SQ20081023224
公開日2009年5月6日 申請日期2008年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
發(fā)明者兵 杜 申請人:西安金和光學科技有限公司