专利名称：一种光纤光栅传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤光栅传感器，是借助光纤和光纤光栅进行探测湿度变化的传感 器，属于传感技术领域。
背景技术：
湿度的测量在工农业生产和日常生活中应用非常广泛，如农业生产的温室环境，烟 草、茶叶、木材加工的干燥过程，制药车间、医院、手术室、细菌培养室等人工环境， 博物馆、图书馆、档案室、实验室、机房等重要场所都需要进行湿度测量和控制。尤其
在矿井环境中，水层对岩石的渗透容易引发坍塌，通过对环境湿度变化的监测，可有效 地避免此类矿难的发生。
目前最常用的湿度测量仪器是干湿球湿度计，利用湿球水分蒸发吸收潜热大于干球， 使得湿球附近温度低于干球附近温度，根据温度差获得相对湿度值。但为了正确地得到 湿球温度，湿球附近空气应有足够的风速。同时该方法很难实现数字化远距离传输结果， 无法满足很多生产生活的实际需要。
发明内容
本发明的目的是制定一种使用光纤光栅(如布拉格光栅)的传感器，以避免上述缺陷。 为此，本发明提出了一种光纤光栅传感器，包括光源、光纤、探测器和安置于光纤 上的位于测量点的用于监测湿度变化的光纤光栅，其特征在于 一该光纤光栅表面镀有一层聚酰亚胺，
一光源输出的探测光信号从光纤的称为入射端的一端注入，探测光信号的波长不 在光纤光栅的反射波长带内，并与所述的反射波长带有预设波长差值，
一当被监测湿度变化达到一定量值时，位于测量点处的光纤光栅的反射波长带至少 漂移了上述的预设波长差值，从而使该反射波长带至少覆盖了所述探测光信号波长带的一 部分，这时，该测量点处的光纤光栅就对探测光信号产生了一定的反射，即探测光信号的 一部分反射到入射端，从而探测到所述湿度的变化。
本发明是探测受监测湿度变化的一种光纤光栅传感器，是在光纤光栅表面镀有一层聚
酰亚胺，其厚度为20-50微米，当聚酰亚胺吸收空气中的水蒸气会发生膨胀，从而使光纤
光栅发生轴向应变，导致光纤光栅选择性作用波长带位置漂移，如果在一个镀有一层聚酰 亚胺光纤光栅附近的受监测的湿度发生了变化，且发生的变化达到了我们关心的程度，这 时光纤光栅的反射波长带至少漂移了预设波长差值，从而使该反射波长带至少覆盖了探测 光信号波长带的一部分，这时，该测量点处的光纤光栅就对探测光信号产生了一定的反射， 即探测光信号的一部分反射到入射端，这说明有应力存在，从而可探测到相应湿度的变化。 在实际工程中，我们常常只需要获取一部分湿度变化的数据，就可以达到我们的目
标，如在一个需要防静电的工场中的湿度报警系统中，对在65%RH至75%RH之间时 的湿度状态我们不是迫切需要了解，我们只需设定一个监测报警湿度，如60%RH，然 后在作为传感器的光纤上的光纤光栅，测量出该光纤光栅在60%RH时的选择性作用波 长带并选取一个波长作为探测光信号的波长，然后根据该波长选择光源，所述光纤光栅 在70%RH时，其选择性作用波长带与选定的探测光信号的波长有波长差，将该传感器 安装在监测的地方，如仓库等，在通常情况下，在通常情况下，环境湿度在65%RH至
375%RH之间时，所以注入传感器光纤中的探测光信号主要引起瑞利散射光信号，灵敏 的探测器主要探测到十分微弱的瑞利反射光信号，只有当测量点处的湿度接近或达到 60%RH时，该测量点处的光纤光栅选择性作用波长带就会漂移并与探测光信号的波长 带交叉重叠，并对探测光信号产生相当的反射，这时，探测器上会监测到明显的光信号， 从而触发了湿度报警条件，达到了监测的目的。
在实际工程条件下，仅监测湿度的一个量值常常是不够的，所以可以设置波长不同的 多个探测光信号，就可以监测湿度多个量值，同时就可以看出测量点湿度变化的趋势，以 便更好的监测。
图1是表示一个布拉格光栅的反射光谱、 一个探测光信号的光谱及两者的关系图； 图2是表示有关本发明的第一实施方式的光纤光栅传感器的结构框图； 图3是表示有关本发明的第二实施方式的光纤光栅传感器的结构框图； 图4是表示有关本发明的第三实施方式的光纤光栅传感器的结构框图中3， 3a， 3b， 3n—光源，
4， 9a， 9b —光分路器，
5 —镀有聚酰亚胺的光纤光栅 6, 6a, 6b， 6n—光探测器，
7— 光纤，
8— 光开关，
10a， 10b， 10n—固定式滤波器。
具体实施例方式
图1中的曲线1示意性地表示了一个布拉格光栅的反射光谱，入,和、分别是该布拉 格光栅反射波长的下限和上限波长，在这两个波长内所有的波长都是布拉格光栅可以反射 的波长，这里称为反射波长带。曲线2示意性地表示了一个探测光信号的光谱，入3和入4 分别是该探测光信号的下沿和上沿波长，A 2和A 3之间的距离就是所述的预设波长差。
第一实施方式
图2是表示第一实施方式的光纤光栅传感器的结构框图。第一实施方式的光纤光栅 传感器由光源3、光探测器6、光分路器4、位于测量点处用于监测湿度变化的镀有聚酰 亚胺的光纤光栅5以及光纤7构成。各部件之间以光纤连接。光分路器4可以是2分路 耦合器，也可以是光环行器。
从光源3输出的探测光信号，探测光信号的波长不在光纤光栅5的反射波长带内， 并与之有预设的波长差值，探测光信号通过光分路器4和光纤7，而达到光纤光栅5，在 被监测湿度无变化或变化未达到我们关心的程度时，探测光信号的波长不在位于测量点 的镀有聚酰亚胺的光纤光栅5的反射波长带内，即光纤光栅5并不对探测光信号反射， 这时光探测器6没有探测到有光信号，当被监测点的湿度变化到我们关心的程度时，位 于所述测量点的光纤光栅5的反射波长带至少漂移了所述的预设波长差值，这时所述的 反射波长带至少覆盖了探测光信号波长带的一部分，该光纤光栅5就对探测光信号产生 了相当的反射，反射光信号通过光纤7和光分路器进入探测器6，从而检测到湿度的变 化。
4第二实施方式
图3是表示第二实施方式的光纤光栅传感器的结构框图。第二实施方式的光纤光栅 传感器由光源3a、光源3b、光源3n、光探测器6、光分路器4、光开关8、位于测量点 用于监测湿度变化的镀有聚酰亚胺的光纤光栅5以及光纤7构成。各部件之间以光纤连 接。光分路器4可以是2分路耦合器，也可以是光环行器。
从光源3a、光源3b、光源3n输出的不同波长的探测光信号，探测光信号的波长均 不在光纤光栅5的反射波长带内，并与之有不同的预设波长差值，光开关8可以选择不 同光源的探测光信号通过光分路器4和光纤7，而达到镀有聚酰亚胺的光纤光栅5，被监 测湿度的变化会引起光纤光栅5的反射波长带的漂移，当反射波长带漂移了不同的预设 波长差值时，我们就可以检测到湿度变化的多个量值。
第三实施方式
图4是表示第三实施方式的光纤光栅传感器的结构框图。第三实施方式的光纤光栅 传感器由光源3a、光源3b、光源3n、滤波器10a、滤波器10b、滤波器10n、光探测器 6a、光探测器6b、光探测器6n、光分路器4、光分路器9a、光分路器9b、位于测量点 用于监测湿度变化的镀有聚酰亚胺的光纤光栅5以及光纤7构成。各部件之间以光纤连 接。光分路器4可以是2分路耦合器，也可以是光环行器。
从光源3a、光源3b、光源3n输出的不同波长的探测光信号，探测光信号的波长均 不在光纤光栅5的反射波长带内，并与之有不同的预设波长差值，探测光信号通过光分 路器9a，再通过光分路器4和光纤7，而达到镀有聚酰亚胺的光纤光栅5，被监测湿度 的变化会引起光纤光栅5的反射波长带的漂移，当反射波长带漂移了所述的不同预设波 长差值时，就会有不同的反射光通过光纤7、光分路器4和光分路器9b，分别通过不同 的滤波器进入到不同的探测器，每个滤波器与光源是一一对应的，且仅允许对应波长的 探测光信号通过，将其他的探测光信号过滤掉，这样我们就可以检测到湿度变化的多个 量值。
可见，根据本发明的探测的方法比现有技术的方法简单。
当然，本发明并不限于前面所介绍的实施方式，我们可以将整个装置用另一种等价装 置代替，而不超出本发明的范围。
权利要求
1. 一种光纤光栅传感器，包括光源、光纤、探测器和安置于光纤上的位于测量点的用于监测湿度变化的光纤光栅，其特征在于一该光纤光栅表面镀有一层聚酰亚胺，一光源输出的探测光信号从光纤的称为入射端的一端注入，探测光信号的波长不在光纤光栅的反射波长带内，并与所述的反射波长带有预设波长差值，一当被监测湿度变化达到一定量值时，位于测量点处的光纤光栅的反射波长带至少漂移了上述的预设波长差值，从而使该反射波长带至少覆盖了所述探测光信号波长带的一部分，这时，该测量点处的光纤光栅就对探测光信号产生了一定的反射，即探测光信号的一部分反射到入射端，从而探测到所述湿度的变化。
2. 根据权利要求1所述的一种光纤光栅传感器，其特征在于多个光源从光纤的称为入射 端的一端注入多个探测光信号，其波长均不在所述反射波长带内，并与反射波长带有不同的 预设波长差值，从而可以探测出测量点处湿度变化的多个量值。
全文摘要
本发明涉及一种光纤光栅传感器，包括光源、光纤、探测器和安置于光纤上的位于测量点的用于监测湿度变化的镀有聚酰亚胺的光纤光栅，其特征在于一光源输出的探测光信号从光纤入射端注入，探测光的波长不在光纤光栅的反射波长带内，并与反射波长带有预设波长差值，一当被监测湿度变化达到一定量值时，位于测量点处的光纤光栅的反射波长带至少漂移了上述的预设波长差值，从而使反射波长带与探测光信号波长带交叉重叠，这时，该测量点处的光纤光栅就对探测光信号产生了一定的反射到入射端，从而探测到所述湿度的变化。
文档编号G01B11/16GK101424626SQ20081023223
公开日2009年5月6日 申请日期2008年11月12日 优先权日2008年11月12日
发明者兵 杜 申请人:西安金和光学科技有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
