专利名称：一种基于fbg的测量海水温度和盐度的传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光纤传感技术领域，涉及ー种基于FBG的測量海水温度和盐度的传感器。
技术背景海水温度和盐度的检测对研究海洋学、海洋环境检測，季节气候预测以及海洋渔业等有十分重要的实用意义。国家在十二五规划中将海洋养殖业放在重点建设对象之中，对海水温度和盐度的实时监测将会给海洋养殖业带来巨大的经济效益。传统方法中，海水温度和盐度的检测多采用采集具有代表性的水样进行测试，不仅过程繁琐、费时费力，而且取样液体的温度(和盐度)可能在采集过程中发生变化，造成测量误差，且存在不能对海水温度和盐度进行实时监测，測量数据存储困难等问题。光纤光 栅传感器可以解决以上传统测量方法存在的问题。光纤光栅是近年来发展最为迅速的光纤无源器件之一，它具有一般光纤折射率传感器的优点，并且采用波长调制方式，对光纤连接器和耦合器、光纤弯曲、光源不稳定等无需任何补偿措施，同时还可以方便的将多个光栅复用，级联方式实现多点的传感测量，这是其他传感器件无法比拟的。光纤光栅传感器还具有体积小，抗腐蚀，不受电磁场干扰，灵敏度高并且可以远程传感等优点。光纤光栅传感器在隧道桥梁的应カ测量中技术较为成熟，使用较广，而在温度盐度测量方面技术相对落后，实际应用甚少。
发明内容本实用新型针对传统的海水温度盐度检测仪测量过程繁琐、费时费力，且不能实时监测海水温度和盐度，不能自动存储数据，提出一种基于FBG的測量海水温度和盐度的传感器。本实用新型解决技术问题所采取的技术方案为一种基于FBG的測量海水温度和盐度的传感器，包括宽带光源、光纤长周期光柵、1*3分路器、光纤布拉格光栅、经过均勻腐蚀的布拉格光栅、匹配光纤布拉格光栅、两只光电ニ极管、微处理系统和显示数码管。光纤布拉格光栅和经过均匀腐蚀的布拉格光栅作为传感光栅分别測量海水温度和盐度。功率恒定的宽带光源与光纤长周期光栅的一端相连，光纤长周期光栅的另一端与1*3分路器的含有三个端ロ的ー边的第一个端ロ相连，1*3分路器该边的第二个端ロ直接连接微处理系统中的第一只光电ニ极管，第三个端ロ与匹配光纤布拉格光栅相连，匹配光纤布拉格光栅的另一端连接微处理系统中的第二只光电ニ极管，1*3分路器另一边的端ロ以级联的方式连接光纤布拉格光栅和经过均匀腐蚀的布拉格光栅，微处理系统的另一端连接显示数码管。本实用新型所具有的有益效果为本实用新型的宽带光源经过光纤长周期光栅滤波产生功率与光波长成线性关系的宽带光，以配合当海水温度或盐度变化时，传感光栅能反射不同光强值信息，且反射光强与传感布拉格光栅中心波长漂移量成正比；采用经过均匀、深度腐蚀过的布拉格光栅测量盐度，腐蚀深度到纤芯与包层交界处，它对温度和盐度都十分敏感，提高了測量精度和灵敏度；采用同一种光纤布拉格光栅作为測量温度的布拉格光栅和匹配光纤布拉格光栅，且将传感用光纤布拉格光栅、经过均勻腐蚀的布拉格光栅和匹配光纤布拉格光栅置于海水中同一点，匹配光纤布拉格光栅将温度传感光栅的反射光完全反射，透射光只含有盐度传感光栅的反射光，实现完全解调出由经过均匀腐蚀的布拉格光栅反射的光強；再使用具有光电转换放大、运算等功能的微处理系统对分离开的光强信息进行处理，測量计算出海水温度和盐度，避免了使用光开关、F-P解调仪或光谱仪等，大大降低成本。本实用新型体积小，抗腐蚀，灵敏度高并且可以远程传感，成本较低，实用性高。
图示为本实用新型的结构图。I :宽带光源；2 :光纤长周期光栅；3 :1*3分路器；4 :光纤布拉格光栅；5 :经过均 勻腐蚀的布拉格光栅；6 :匹配光纤布拉格光栅；7 :光电ニ极管；8 :光电ニ极管；9 :微处理系统；10:显示数码管。
具体实施方案
以下结合附图对本实用新型进ー步描述。如图所示，一种基于FBG的測量海水温度和盐度的传感器，包括宽带光源I、光纤长周期光栅2、1*3分路器3、光纤布拉格光栅4、经过均勻腐蚀的布拉格光栅5、匹配光纤布拉格光栅6、光电ニ极管7、光电ニ极管8、微处理系统9和显不数码管10。宽带光源I与光纤长周期光栅2的一端相连，光纤长周期光栅2的另一端与1*3分路器3的含有三个端ロ的ー边的第一个端ロ相连，1*3分路器3该边的第二个端ロ直接连接至微处理系统9中的一只光电ニ极管7，1*3分路器3该边的第三个端ロ与匹配光纤布拉格光栅6相连,匹配光纤布拉格光栅6的另一端连接微处理系统9中的另ー只光电ニ极管8，1*3分路器3另ー边的端ロ以级联的方式连接光纤布拉格光栅4和经过均匀腐蚀的布拉格光栅5，微处理系统9的输出端连接显示数码管10。光纤布拉格光栅4和匹配光纤布拉格光栅6取同一种规格的,两只光电ニ极管取同一种规格。光纤布拉格光栅4和经过均勻腐蚀的布拉格光栅5中心波长相差5至10nm。两只光电ニ极管在微处理系统9中与电路连接。本实用新型基于以下原理宽带光源I发出的光经过光纤长周期光栅2、1*3分路器3入射进入光纤布拉格光栅4和经过均匀腐蚀的布拉格光栅5，由于光纤布拉格光栅4的中心波长会随着海水温度变化而变化，经过均匀腐蚀的布拉格光栅5的中心波长会随着海水温度和盐度变化而变化，且都具有较好的线性对应关系，在海水温度和盐度变化吋，光纤布拉格光栅4和经过腐蚀的布拉格光栅5的中心波长发生漂移，它们的反射光谱将对应于入射宽带光的不同波段，因入射宽带光源I经光纤长周期光栅2滤波，变成功率与光波长成线性关系的宽带光，则反射光谱的强度随着中心波长的漂移量成比例变化，当选取与光纤布拉格光栅4同种规格的光纤布拉格光栅作为匹配光纤布拉格光栅6,将匹配光经布拉格光栅6、光纤布拉格光栅4和经过均匀腐蚀的布拉格光栅5置于海水中同一点，在海水温度变化时匹配光纤布拉格光栅6和光纤布拉格光栅4的光谱漂移完全相同，匹配光纤布拉格光栅6完全解调出由经过均匀腐蚀的布拉格光栅5反射的光谱。所以，只要測量出透射过匹配光纤布拉格光栅6的光谱强度和经1*3分路器3的第二个端ロ出射的光谱强度，就可计算出海水温度和盐度。本实用新型的具体工作过程为宽带光源I发出的光经光纤长周期光栅2滤波得到功率与光波长成线性关系的宽带光，此宽带光作用于光纤布拉格光栅4和经过均匀腐蚀的布拉格光栅5，当海水温度和盐度发生变化，光纤布拉格光栅4和经过均匀腐蚀的布拉格光栅5反射回不同光强的光,匹配光纤布拉格光栅6解调出由经过均勻腐蚀的布拉格光栅5反射的光谱，微处理系统9对由匹配光纤布拉格光栅6解调出的光谱和经1*3分路器3的第二个端ロ出射的光谱进行光电转换放大，并作減法，使由1*3分路器3—边的第二端ロ输出的光强信号对应的电信号和透射过匹配光纤布拉格光栅6的光强信号相减,分离出只对应于光纤布拉格光栅4反射光对应的电信号,并对两路电信号进行A/D转换,在单片机里 进行运算，将最終結果动态存储在芯片中并输入到显示数码管10上显示出来。本实施例中的经过均匀腐蚀的FBG是SMF-28单模光纤布拉格光栅，纤芯直径8. 3 μ m，包层直径为125 μ m,数值孔径为O. 14 ;经过均匀腐蚀的FBG栅区长度为20mm，光纤直径为10 μ m。
权利要求1.一种基于FBG的測量海水温度和盐度的传感器，它包括宽带光源、光纤长周期光柵、1*3分路器、光纤布拉格光栅、经过均勻腐蚀的布拉格光栅、匹配光纤布拉格光栅、光电ニ极管、微处理系统、显示数码管，其特征是光纤长周期光栅的一端与宽带光源相连，光纤长周期光栅的另一端与1*3分路器的含有三个端ロ的ー边的第一个端ロ相连，1*3分路器该边的第二个端ロ连接微处理系统中的一只光电ニ极管，第三个端ロ连接匹配布拉格光栅，匹配光纤布拉格光栅的另一端连接微处理系统中的另ー只光电ニ极管，1*3分路器另ー边的端ロ以级联的方式连接光纤布拉格光栅和经过均匀腐蚀的布拉格光栅，微处理系统的另一端连接显示数码管。
专利摘要本实用新型涉及一种基于FBG的测量海水温度和盐度的传感器。本实用新型中光纤长周期光栅(2)的一端与宽带光源(1)相连，另一端与1*3分路器(3)含有三个端口的一边的第一个端口相连，1*3分路器(3)该边的第二、三个端口分别连接微处理系统(9)中的一只光电二极管(7)和匹配光纤布拉格光栅(6)，匹配光纤布拉格光栅(6)的另一端连接微处理系统(9)中的另一只光电二极管(8)，1*3分路器(3)另一边的端口以级联的方式连接光纤布拉格光栅(4)和经过均匀腐蚀的布拉格光栅(5)，微处理系统(9)的输出端连接显示数码管(10)。本实用新型体积小，抗腐蚀，灵敏度高，可远程传感，成本低，经济实用性高。
文档编号G01K11/32GK202453113SQ201120543880
公开日2012年9月26日 申请日期2011年12月15日 优先权日2011年12月15日
发明者刘贤超, 张聪聪, 赵春柳, 陈业慈, 陈永伟 申请人:中国计量学院