專利名稱：一種基于fbg的測量海水溫度和鹽度的傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種基于FBG的測量海水溫度和鹽度的傳感器。
技術(shù)背景海水溫度和鹽度的檢測對研究海洋學(xué)、海洋環(huán)境檢測，季節(jié)氣候預(yù)測以及海洋漁業(yè)等有十分重要的實用意義。國家在十二五規(guī)劃中將海洋養(yǎng)殖業(yè)放在重點建設(shè)對象之中，對海水溫度和鹽度的實時監(jiān)測將會給海洋養(yǎng)殖業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。傳統(tǒng)方法中，海水溫度和鹽度的檢測多采用采集具有代表性的水樣進(jìn)行測試，不僅過程繁瑣、費時費力，而且取樣液體的溫度(和鹽度)可能在采集過程中發(fā)生變化，造成測量誤差，且存在不能對海水溫度和鹽度進(jìn)行實時監(jiān)測，測量數(shù)據(jù)存儲困難等問題。光纖光 柵傳感器可以解決以上傳統(tǒng)測量方法存在的問題。光纖光柵是近年來發(fā)展最為迅速的光纖無源器件之一，它具有一般光纖折射率傳感器的優(yōu)點，并且采用波長調(diào)制方式，對光纖連接器和耦合器、光纖彎曲、光源不穩(wěn)定等無需任何補償措施，同時還可以方便的將多個光柵復(fù)用，級聯(lián)方式實現(xiàn)多點的傳感測量，這是其他傳感器件無法比擬的。光纖光柵傳感器還具有體積小，抗腐蝕，不受電磁場干擾，靈敏度高并且可以遠(yuǎn)程傳感等優(yōu)點。光纖光柵傳感器在隧道橋梁的應(yīng)カ測量中技術(shù)較為成熟，使用較廣，而在溫度鹽度測量方面技術(shù)相對落后，實際應(yīng)用甚少。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對傳統(tǒng)的海水溫度鹽度檢測儀測量過程繁瑣、費時費力，且不能實時監(jiān)測海水溫度和鹽度，不能自動存儲數(shù)據(jù)，提出一種基于FBG的測量海水溫度和鹽度的傳感器。本實用新型解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為一種基于FBG的測量海水溫度和鹽度的傳感器，包括寬帶光源、光纖長周期光柵、1*3分路器、光纖布拉格光柵、經(jīng)過均勻腐蝕的布拉格光柵、匹配光纖布拉格光柵、兩只光電ニ極管、微處理系統(tǒng)和顯示數(shù)碼管。光纖布拉格光柵和經(jīng)過均勻腐蝕的布拉格光柵作為傳感光柵分別測量海水溫度和鹽度。功率恒定的寬帶光源與光纖長周期光柵的一端相連，光纖長周期光柵的另一端與1*3分路器的含有三個端ロ的ー邊的第一個端ロ相連，1*3分路器該邊的第二個端ロ直接連接微處理系統(tǒng)中的第一只光電ニ極管，第三個端ロ與匹配光纖布拉格光柵相連，匹配光纖布拉格光柵的另一端連接微處理系統(tǒng)中的第二只光電ニ極管，1*3分路器另一邊的端ロ以級聯(lián)的方式連接光纖布拉格光柵和經(jīng)過均勻腐蝕的布拉格光柵，微處理系統(tǒng)的另一端連接顯示數(shù)碼管。本實用新型所具有的有益效果為本實用新型的寬帶光源經(jīng)過光纖長周期光柵濾波產(chǎn)生功率與光波長成線性關(guān)系的寬帶光，以配合當(dāng)海水溫度或鹽度變化時，傳感光柵能反射不同光強值信息，且反射光強與傳感布拉格光柵中心波長漂移量成正比；采用經(jīng)過均勻、深度腐蝕過的布拉格光柵測量鹽度，腐蝕深度到纖芯與包層交界處，它對溫度和鹽度都十分敏感，提高了測量精度和靈敏度；采用同一種光纖布拉格光柵作為測量溫度的布拉格光柵和匹配光纖布拉格光柵，且將傳感用光纖布拉格光柵、經(jīng)過均勻腐蝕的布拉格光柵和匹配光纖布拉格光柵置于海水中同一點，匹配光纖布拉格光柵將溫度傳感光柵的反射光完全反射，透射光只含有鹽度傳感光柵的反射光，實現(xiàn)完全解調(diào)出由經(jīng)過均勻腐蝕的布拉格光柵反射的光強；再使用具有光電轉(zhuǎn)換放大、運算等功能的微處理系統(tǒng)對分離開的光強信息進(jìn)行處理，測量計算出海水溫度和鹽度，避免了使用光開關(guān)、F-P解調(diào)儀或光譜儀等，大大降低成本。本實用新型體積小，抗腐蝕，靈敏度高并且可以遠(yuǎn)程傳感，成本較低，實用性高。

圖示為本實用新型的結(jié)構(gòu)圖。I :寬帶光源；2 :光纖長周期光柵；3 :1*3分路器；4 :光纖布拉格光柵；5 :經(jīng)過均 勻腐蝕的布拉格光柵；6 :匹配光纖布拉格光柵；7 :光電ニ極管；8 :光電ニ極管；9 :微處理系統(tǒng)；10:顯示數(shù)碼管。
具體實施方案
以下結(jié)合附圖對本實用新型進(jìn)ー步描述。如圖所示，一種基于FBG的測量海水溫度和鹽度的傳感器，包括寬帶光源I、光纖長周期光柵2、1*3分路器3、光纖布拉格光柵4、經(jīng)過均勻腐蝕的布拉格光柵5、匹配光纖布拉格光柵6、光電ニ極管7、光電ニ極管8、微處理系統(tǒng)9和顯不數(shù)碼管10。寬帶光源I與光纖長周期光柵2的一端相連，光纖長周期光柵2的另一端與1*3分路器3的含有三個端ロ的ー邊的第一個端ロ相連，1*3分路器3該邊的第二個端ロ直接連接至微處理系統(tǒng)9中的一只光電ニ極管7，1*3分路器3該邊的第三個端ロ與匹配光纖布拉格光柵6相連,匹配光纖布拉格光柵6的另一端連接微處理系統(tǒng)9中的另ー只光電ニ極管8，1*3分路器3另ー邊的端ロ以級聯(lián)的方式連接光纖布拉格光柵4和經(jīng)過均勻腐蝕的布拉格光柵5，微處理系統(tǒng)9的輸出端連接顯示數(shù)碼管10。光纖布拉格光柵4和匹配光纖布拉格光柵6取同一種規(guī)格的,兩只光電ニ極管取同一種規(guī)格。光纖布拉格光柵4和經(jīng)過均勻腐蝕的布拉格光柵5中心波長相差5至10nm。兩只光電ニ極管在微處理系統(tǒng)9中與電路連接。本實用新型基于以下原理寬帶光源I發(fā)出的光經(jīng)過光纖長周期光柵2、1*3分路器3入射進(jìn)入光纖布拉格光柵4和經(jīng)過均勻腐蝕的布拉格光柵5，由于光纖布拉格光柵4的中心波長會隨著海水溫度變化而變化，經(jīng)過均勻腐蝕的布拉格光柵5的中心波長會隨著海水溫度和鹽度變化而變化，且都具有較好的線性對應(yīng)關(guān)系，在海水溫度和鹽度變化吋，光纖布拉格光柵4和經(jīng)過腐蝕的布拉格光柵5的中心波長發(fā)生漂移，它們的反射光譜將對應(yīng)于入射寬帶光的不同波段，因入射寬帶光源I經(jīng)光纖長周期光柵2濾波，變成功率與光波長成線性關(guān)系的寬帶光，則反射光譜的強度隨著中心波長的漂移量成比例變化，當(dāng)選取與光纖布拉格光柵4同種規(guī)格的光纖布拉格光柵作為匹配光纖布拉格光柵6,將匹配光經(jīng)布拉格光柵6、光纖布拉格光柵4和經(jīng)過均勻腐蝕的布拉格光柵5置于海水中同一點，在海水溫度變化時匹配光纖布拉格光柵6和光纖布拉格光柵4的光譜漂移完全相同，匹配光纖布拉格光柵6完全解調(diào)出由經(jīng)過均勻腐蝕的布拉格光柵5反射的光譜。所以，只要測量出透射過匹配光纖布拉格光柵6的光譜強度和經(jīng)1*3分路器3的第二個端ロ出射的光譜強度，就可計算出海水溫度和鹽度。本實用新型的具體工作過程為寬帶光源I發(fā)出的光經(jīng)光纖長周期光柵2濾波得到功率與光波長成線性關(guān)系的寬帶光，此寬帶光作用于光纖布拉格光柵4和經(jīng)過均勻腐蝕的布拉格光柵5，當(dāng)海水溫度和鹽度發(fā)生變化，光纖布拉格光柵4和經(jīng)過均勻腐蝕的布拉格光柵5反射回不同光強的光,匹配光纖布拉格光柵6解調(diào)出由經(jīng)過均勻腐蝕的布拉格光柵5反射的光譜，微處理系統(tǒng)9對由匹配光纖布拉格光柵6解調(diào)出的光譜和經(jīng)1*3分路器3的第二個端ロ出射的光譜進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換放大，并作減法，使由1*3分路器3—邊的第二端ロ輸出的光強信號對應(yīng)的電信號和透射過匹配光纖布拉格光柵6的光強信號相減,分離出只對應(yīng)于光纖布拉格光柵4反射光對應(yīng)的電信號,并對兩路電信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,在單片機里 進(jìn)行運算，將最終結(jié)果動態(tài)存儲在芯片中并輸入到顯示數(shù)碼管10上顯示出來。本實施例中的經(jīng)過均勻腐蝕的FBG是SMF-28單模光纖布拉格光柵，纖芯直徑8. 3 μ m，包層直徑為125 μ m,數(shù)值孔徑為O. 14 ;經(jīng)過均勻腐蝕的FBG柵區(qū)長度為20mm，光纖直徑為10 μ m。
權(quán)利要求1.一種基于FBG的測量海水溫度和鹽度的傳感器，它包括寬帶光源、光纖長周期光柵、1*3分路器、光纖布拉格光柵、經(jīng)過均勻腐蝕的布拉格光柵、匹配光纖布拉格光柵、光電ニ極管、微處理系統(tǒng)、顯示數(shù)碼管，其特征是光纖長周期光柵的一端與寬帶光源相連，光纖長周期光柵的另一端與1*3分路器的含有三個端ロ的ー邊的第一個端ロ相連，1*3分路器該邊的第二個端ロ連接微處理系統(tǒng)中的一只光電ニ極管，第三個端ロ連接匹配布拉格光柵，匹配光纖布拉格光柵的另一端連接微處理系統(tǒng)中的另ー只光電ニ極管，1*3分路器另ー邊的端ロ以級聯(lián)的方式連接光纖布拉格光柵和經(jīng)過均勻腐蝕的布拉格光柵，微處理系統(tǒng)的另一端連接顯示數(shù)碼管。
專利摘要本實用新型涉及一種基于FBG的測量海水溫度和鹽度的傳感器。本實用新型中光纖長周期光柵(2)的一端與寬帶光源(1)相連，另一端與1*3分路器(3)含有三個端口的一邊的第一個端口相連，1*3分路器(3)該邊的第二、三個端口分別連接微處理系統(tǒng)(9)中的一只光電二極管(7)和匹配光纖布拉格光柵(6)，匹配光纖布拉格光柵(6)的另一端連接微處理系統(tǒng)(9)中的另一只光電二極管(8)，1*3分路器(3)另一邊的端口以級聯(lián)的方式連接光纖布拉格光柵(4)和經(jīng)過均勻腐蝕的布拉格光柵(5)，微處理系統(tǒng)(9)的輸出端連接顯示數(shù)碼管(10)。本實用新型體積小，抗腐蝕，靈敏度高，可遠(yuǎn)程傳感，成本低，經(jīng)濟(jì)實用性高。
文檔編號G01K11/32GK202453113SQ201120543880
公開日2012年9月26日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者劉賢超, 張聰聰, 趙春柳, 陳業(yè)慈, 陳永偉 申請人:中國計量學(xué)院