一种湿度FBG探头、温湿度FBG探头及测量系统技术方案

本发明专利技术涉及一种湿度FBG探头、温湿度FBG探头及测量系统，包括基座、碳纤维条和从内到外依次卷绕成卷尺状的湿敏金属游丝，所述基座用于实现支撑。所述湿敏金属游丝处于内圈的一端与基座固定，湿敏金属游丝处于外圈的一端为活动端，所述湿敏金属游丝在不同湿度下的应力不同，以使得湿敏金属游丝沿卷绕方向发生形变。碳纤维条，所述碳纤维条的一端与基座固定，另一端相对于基座悬空，所述碳纤维条上固设有挠变FBG，所述挠变FBG能够随碳纤维条发生同步形变；所述湿敏金属游丝的活动端与碳纤维条悬空的一端连接，以使得湿敏金属游丝能够将自身因湿度变化产生的形变传递给碳纤维条，所述挠变FBG能够随碳纤维条发生同步形变，以改变输入挠变FBG中激光的波长。

A humidity FBG probe, temperature and humidity FBG probe and measurement system

【技术实现步骤摘要】
一种湿度FBG探头、温湿度FBG探头及测量系统
本专利技术属于传感器
，具体涉及一种湿度FBG探头、温湿度FBG探头及测量系统。
技术介绍
在现今市场，电子温湿度传感器以其低成本、响应速度快、信号便于处理等优点，在市场上仍处于主导地位。然而，电子传感器存在互换性差和长期稳定性不足等缺点，很难应用于电工电力、石油化工等存在易燃易爆恶劣环境的领域。光纤光栅式温湿度传感器是随着光纤通讯技术发展起来的一种新型温湿度传感器，与传统电学式温湿度传感器相比，具有抗电磁干扰，电绝缘性好、动态范围大等优点，并且传感部分质量轻，体积小，结构和几何形状多样化，易于复用组网实现实时、在线、分布式传感。专利技术人了解到，目前光纤传感器作为温度和湿度敏感元件，再利用干湿法组成温度和相对湿度传感探头，可以做到敏感元件全光纤化，但探头后期维护繁琐，需加水制造湿部环境。有部分技术方案中光纤光栅或多模光纤外部涂覆湿敏材料，也可以对湿度进行测量。但工艺上对涂覆层的材料和厚度有着严格的要求。生产湿敏传感器会造成产品合格率低，成本比较高。采用多模光纤方式的湿敏传感器同时也无法长距离地进行湿度测量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种湿度FBG探头、温湿度FBG探头及测量系统，能够解决现有湿敏传感器、温湿敏传感器的维护繁琐、合格率低等问题。为实现上述目的，本专利技术的第一方面提供一种湿度FBG探头，包括基座、碳纤维条和从内到外依次卷绕成卷尺状的湿敏金属游丝，所述基座用于实现支撑。所述湿敏金属游丝处于内圈的一端与基座固定，湿敏金属游丝处于外圈的一端为活动端，所述湿敏金属游丝在不同湿度下的应力不同，以使得湿敏金属游丝沿卷绕方向发生形变。所述碳纤维条的一端与基座固定，另一端相对于基座悬空，所述碳纤维条上固设有挠变FBG，所述挠变FBG能够随碳纤维条发生同步形变；所述湿敏金属游丝的活动端与碳纤维条悬空的一端连接，以使得湿敏金属游丝能够将自身因湿度变化产生的形变传递给碳纤维条，所述挠变FBG能够随碳纤维条发生同步形变，以改变输入挠变FBG中激光的波长。作为本专利技术第一方面的进一步限定，所述挠变FBG两端不具有光栅的区域为连接段，所述连接段用于连接碳纤维条。作为本专利技术第一方面的进一步限定，所述碳纤维条的延伸方向与挠变FBG的延伸方向相同，所述湿敏金属游丝设置在碳纤维条相对于基座悬空的一侧。本专利技术的第二方面提供一种温湿度FBG探头，包括所述的湿度FBG探头，还包括温补FBG，所述温补FBG通过基座支撑，所述温补FBG能够在温度变化时产生沿温补FBG延伸方向的形变，以改变通过温补FBG的激光波长；所述温补FBG与挠变FBG串联在同一光纤中。本专利技术的第三方面提供一种温湿度测量系统，包括所述的温湿度FBG探头，所述光纤的一端连接有激光发生装置，另一端连接有激光信号处理设备，所述激光信号处理设备能够根据激光波长的变化，得出基座处温度和湿度的信息。以上一个或多个技术方案的有益效果为：(1)利用已刻蚀在光纤上的光栅为敏感元件的光纤光栅温度、湿度FBG器组成传感探头，可以实现无源化、全光化的传感终端，在电磁敏感场合使用具有安全可靠的优势。(2)利用光纤光栅温度传感器的波长区分特性可以实现波分复用功能，多个温湿度传感探头所用光纤光栅的中心波长不同，可串联在同一根光纤上实现波分复用。(3)探头内集成两只相同规格经温敏封装的光纤光栅温度传感器，一只光纤光栅温度传感器作为干端传感器置于空气中用于测量环境温度值，另一只光纤光栅传感器置于挠变的碳纤维条上，湿敏金属游丝作为挠变动力件，当环境相对湿度发生变化时，温度传感器测得的温度值与湿度传感器测得的挠变引起光波长变化，该值大小与空气中相对湿度成比例关系，通过对该比例关系的换算可以得到环境中的相对湿度值。(4)光纤光栅温湿度传感探头所感测到的温湿度信息以其中心波长的变化来体现，该波长变化可转化为远端光源输入到探头的激光的波长变化，通过传输光纤可将携带温湿度信息的激光远距离回传至远端信号处理设备进行温湿度数据解算。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。图1为本专利技术实施例2中整体结构示意图；图中：1、基座；2、湿敏金属游丝；3、挠变FBG；4、温补FBG；5、碳纤维条；6、防尘套。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。为了方便叙述，本专利技术中如果出现“上、下、左、右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。实施例1如图1中部分结构所示，本实施例提供一种湿度FBG探头，包括基座1、碳纤维条5和从内到外依次卷绕成卷尺状的湿敏金属游丝2，所述基座1用于实现支撑。所述湿敏金属游丝2处于内圈的一端与基座1固定，湿敏金属游丝2处于外圈的一端为活动端，所述湿敏金属游丝2在不同湿度下的应力不同，以使得湿敏金属游丝2发生形变。所述碳纤维条5的一端与基座1固定，另一端相对于基座1悬空，所述碳纤维条5上固设有挠变FBG3，所述挠变FBG3能够随碳纤维条5发生同步形变；所述湿敏金属游丝2的活动端与碳纤维条5悬空的一端连接，以使得湿敏金属游丝2能够将自身因湿度变化产生的形变传递给碳纤维条5，所述挠变FBG3能够随碳纤维条5发生同步形变，以改变输入挠变FBG3中激光的波长。所述挠变FBG3两端不具有光栅的区域为连接段，所述连接段用于连接碳纤维条5。所述碳纤维条5的延伸方向与挠变FBG3的延伸方向相同，所述湿敏金属游丝2设置在碳纤维条5相对于基座1悬空的一侧。所述基座1的外部套设有防尘套6，所述防尘套6用于实现湿敏金属游丝2及挠变FBG3的防尘。所述基座1的两端设有用于光纤通过的通孔，所述挠变FBG3串联在光纤中，所述光纤的一端用于连接远端光源，另一端用于连接激光信号处理设备。所述湿敏金属游丝2中活动端的运动方向与活动端处切线方向相同。具体的，湿敏金属游丝2为市场上使用的机械湿度计的游丝，其湿度变化使得湿敏金属游丝2驱动指针角度变化。本专利技术中采用此类湿敏金属游丝2，假设环境湿度值为RH，湿敏金属游丝2产生的切向力为F，湿敏金属游丝2湿度变化单位应力量。湿敏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种湿度FBG探头，其特征在于，包括，/n基座，所述基座用于实现支撑；/n从内到外依次卷绕成卷尺状的湿敏金属游丝，所述湿敏金属游丝处于内圈的一端与基座固定，湿敏金属游丝处于外圈的一端为活动端，所述湿敏金属游丝在不同湿度下的应力不同，以使得湿敏金属游丝沿卷绕方向发生形变；/n碳纤维条，所述碳纤维条的一端与基座固定，另一端相对于基座悬空，所述碳纤维条上固设有挠变FBG，所述挠变FBG能够随碳纤维条发生同步形变；/n所述湿敏金属游丝的活动端与碳纤维条悬空的一端连接，以使得湿敏金属游丝能够将自身因湿度变化产生的形变传递给碳纤维条，所述挠变FBG能够随碳纤维条发生同步形变，以改变输入挠变FBG中激光的波长。/n

【技术特征摘要】
1.一种湿度FBG探头，其特征在于，包括，
基座，所述基座用于实现支撑；
从内到外依次卷绕成卷尺状的湿敏金属游丝，所述湿敏金属游丝处于内圈的一端与基座固定，湿敏金属游丝处于外圈的一端为活动端，所述湿敏金属游丝在不同湿度下的应力不同，以使得湿敏金属游丝沿卷绕方向发生形变；
碳纤维条，所述碳纤维条的一端与基座固定，另一端相对于基座悬空，所述碳纤维条上固设有挠变FBG，所述挠变FBG能够随碳纤维条发生同步形变；
所述湿敏金属游丝的活动端与碳纤维条悬空的一端连接，以使得湿敏金属游丝能够将自身因湿度变化产生的形变传递给碳纤维条，所述挠变FBG能够随碳纤维条发生同步形变，以改变输入挠变FBG中激光的波长。


2.根据权利要求1所述的湿度FBG探头，其特征在于，所述挠变FBG两端不具有光栅的区域为连接段，所述连接段用于连接碳纤维条。


3.根据权利要求1所述的湿度FBG探头，其特征在于，所述碳纤维条的延伸方向与挠变FBG的延伸方向相同，所述湿敏金属游丝设置在碳纤维条相对于基座悬空的一侧。


4.根据权利要求1所述的湿度FBG探头，其特征在于，所述基座的外部套设有防尘套，所述防尘套用于实现湿敏金属游丝及挠变FBG的防尘。


5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔洪亮，罗政纯，于淼，杨先勇，杨先进，王忠民，程立耀，吴崇坚，郑志丰，杨悦，
申请(专利权)人：珠海任驰光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44