基于光谱分区的抛弃式光纤温度压力传感器及其传感系统技术方案

本发明专利技术涉及一种光纤温度压力传感器，特别公开了一种基于光谱分区的抛弃式光纤温度压力传感器及其传感系统。该光纤温度压力传感器，包括底部连接有基座的圆筒形主体腔，其特征在于：所述主体腔顶部连接有与其形成密闭腔的端盖，主体腔末端设置有连接基座、侧壁开窗圆筒形保护罩，传输光纤穿过端盖铺设在基座上，且传输光纤连接波分复用器的入射端，主体腔的上侧壁上安装有测温F‑P腔，基座上安装有测压F‑P腔，测温F‑P腔与波分复用器的反射端连接，测压F‑P腔与波分复用器的透射端连接。本发明专利技术对仪器动态范围要求低，成本低；基于镀膜法珀腔，精细光谱，精度高，整体装置结构简单，响应速度快，可靠性高，体积小，交叉灵敏度低。

【技术实现步骤摘要】
基于光谱分区的抛弃式光纤温度压力传感器及其传感系统（一）
本专利技术涉及一种光纤温度压力传感器，特别涉及一种基于光谱分区的抛弃式光纤温度压力传感器及其传感系统。（二）
技术介绍
海水温度、深度测量是海洋研究的基础，广泛应用于海洋科学考察、海洋环境监测和海洋军事科学等领域。现有的海水温度、深度测量，以船载拖曳式温深传感器链、抛弃式温深传感器和固定式温深传感器链为主。抛弃式温深传感器可在舰船机动状态条件下，快速获取海洋的温深剖面，因此得到了广泛应用。传统的电子抛弃式温深传感器多采用热敏电阻作为测温元件，所处深度通过探头的下降时间估算，而非精确测量，且主要采用超细漆包线作为信号线，成本高，漆包线本身类似一个动态滤波器，使得系统的传输速率和传输准确性收到了限制，从而限制了应用。光纤传感器利用海水温度、压强对光信号的调制感知环境参数，具有响应快、传输距离远、抗干扰能力强、灵敏度高、体积小、易于组网等优势。相冰等提出一种采用光纤光栅传感器的消耗性温深剖面测量系统，程浩等提出一种消耗性光纤温深探头，其测量单元均采用布拉格光纤光栅，灵敏度和精度较低，无法满足海洋观测的需要；赵强等提出了一种船载投弃式光纤海水温深剖面测量系统，采用长周期光纤光栅测温，光纤布拉格光栅测量压力，测温精度有所提高，但仍低于高精度电子产品水平，压力测量灵敏度精度较低，且由于采用预拉封装，重复性较差，且存在交叉敏感问题；张静等提出一种基于光纤传感的海水温深剖面测量系统，采用光纤布拉格光栅测量温度、光纤F-P（法布里－珀罗）腔测量压力，压力灵敏度高，但测温灵敏度精度不高，且采用压力敏感硅片结构，交叉灵敏度高，采用两根光纤传输信号，复用性差；桑卫兵等提出一种基于光纤F-P传感器的抛弃式温深测量探头，采用光纤F-P温度传感器和光纤F-P压力传感器，并采用1×2耦合器进行复用，灵敏度精度高，交叉灵敏度低，但温度传感器和压力传感器光谱混叠，容易产生串扰，影响测量精度，且导致相互影响。综上可见，现有技术仍然存在各种缺陷，需要研究一种体积小、结构简单、灵敏度高、精度高、响应快、可靠性高、交叉灵敏度低的光纤温度压力传感器。（三）
技术实现思路
本专利技术为了弥补现有技术的不足，提供了一种体积小、灵敏度高、可靠性高、精度高的基于光谱分区的抛弃式光纤温度压力传感器及其传感系统。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种基于光谱分区的抛弃式光纤温度压力传感器，包括底部连接有基座的圆筒形主体腔，其特征在于：所述主体腔顶部连接有与其形成密闭腔的端盖，主体腔末端设置有连接基座、侧壁开窗的圆筒形保护罩，基座上切割有平台结构且在中轴线上开有通孔，端盖的中轴线上开有通孔，传输光纤穿过端盖的通孔铺设在基座的通孔内，且传输光纤连接波分复用器的入射端，主体腔的上侧壁上安装有测温F-P腔，基座上安装有测压F-P腔，测温F-P腔与波分复用器的反射端连接，且其光谱周期小于波分复用器的反射端光谱宽度的一半，从而允许在波分复用器的反射通带带宽内至少有两个测温F-P腔光谱的光强峰值或谷值测压F-P腔与波分复用器的透射端连接。本专利技术采用低温度敏感光纤F-P压力传感器监测压力，并采用高温度灵敏度光纤F-P传感器密封封装监测温度，结合光纤波分复用器，实现了温度压力传感器的光谱分区，消除串扰，精度高，灵敏度高，交叉灵敏度低。本专利技术的更优技术方案为：所述主体腔侧壁上开设有导流槽，导流槽内安装有毛细管，测温F-P管安装在毛细管内。所述保护罩末端安装有配重柱，配重柱的中心轴线上开设有连通保护罩内部的导流孔，允许流体通过导流孔进入保护罩内部。所述端盖外侧壁上安装有若干尾翼，以稳定传感器的姿态；测压F-P腔密封安装在基座的中轴线上。所述波分复用器为具有光纤尾纤的粗波分复用器，其反射端通带带宽为10-20nm，通带范围为1510-1590nm。传输光纤，一般为普通通信用单模光纤，较佳的，为具有聚酰亚胺涂覆层的高强度单模光纤。所述测温F-P腔包括高膨胀玻璃管，高膨胀玻璃管内固定有端头相对的测温透射光纤和测温反射光纤，且测温反射光纤的端头上设置有测温反射膜，高膨胀玻璃管的内壁上连接有匹配环，匹配环的内侧面分别与测温透射光纤和测温反射光纤连接，匹配环的连接方式为环氧胶粘结或焊接。优选的，所述高膨胀玻璃管为高硼硅毛细玻璃管，其线膨胀系数为2×10-6/K-4×10-6/K，远高于光纤材料的线膨胀系数5.5×10-7/K，相邻匹配环的间距为50mm，测温F-P腔的腔长温度灵敏度为70-170nm/K。优选的，测温F-P腔可以更换为光纤布拉格光栅、长周期光纤光栅、光纤光栅F-P腔等。所述测压F-P腔包括石英玻璃管，石英玻璃管内固定有端头相对的测压透射光纤和测压反射光纤，且测压反射光纤的端头上设置有测压反射膜，石英玻璃管在内壁上通过焊接点连接测压透射光纤和测压反射光纤。优选的，所述石英玻璃管的线膨胀系数为5.5×10-7/K，焊接点的间距为1mm，测压F-P腔的腔长温度灵敏度为0.55nm/K，远低于测温F-P腔的腔长温度灵敏度。基于上述光纤温度压力传感器的传感系统，传输光纤末端连接光纤盘的光纤一端，光纤盘架设在支架上，且支架的外侧面上安装有光纤滑环，光纤盘的另一端经光纤滑环连接在光纤解调仪上，用于解调测温F-P腔和测压F-P腔的光信号。光纤解调仪分区对传感器解调，具体为，第一分区与波分复用器的光谱范围匹配，解调对应的测温F-P腔腔长，第二分区与光纤解调仪除去波分复用器光谱剩余部分的匹配，解调对应的测压F-P腔腔长。本专利技术通过光谱分区光强均衡，解决了光纤布拉格光栅与光纤F-P传感器复用动态范围大的问题，对仪器动态范围要求低，成本低；基于镀膜法珀腔，精细光谱，精度高，整体装置结构简单，响应速度快，可靠性高，体积小，交叉灵敏度低。（四）附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。图1为本专利技术的主视剖面结构示意图；图2为本专利技术的外观结构示意图；图3为本专利技术的立体剖面示意图；图4为本专利技术实施例2的结构示意图；图5为本专利技术测温F-P腔的结构示意图；图6为本专利技术测压F-P腔的结构示意图；图7为本专利技术实施例1的光谱示意图；图8为本专利技术实施例3的光谱示意图；图9为本专利技术传感系统的结构示意图。图中，01主体腔，011基座，012导流槽，013毛细管，02保护罩，021配重柱，022导流孔，03端盖，031尾翼，04波分复用器，05测温F-P腔，051高膨胀玻璃管，052测温透射光纤，053测温反射光纤，054测温反射膜，055匹配环，06测压F-P腔，061石英玻璃管，062测压透射光纤，063测压反射光纤，064测压反射膜，065焊接点，07传输光纤，08支架，081光纤滑环，09光纤盘，100光纤解调仪。（五）具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光谱分区的抛弃式光纤温度压力传感器，包括底部连接有基座（011）的圆筒形主体腔（01），其特征在于：所述主体腔（01）顶部连接有与其形成密闭腔的端盖（03），主体腔（01）末端设置有连接基座（011）、侧壁开窗的圆筒形保护罩（02），基座（011）上切割有平台结构且在中轴线上开有通孔，端盖（03）的中轴线上开有通孔，传输光纤（07）穿过端盖（03）的通孔铺设在基座（011）的通孔内，且传输光纤（07）连接波分复用器（04）的入射端，主体腔（01）的上侧壁上安装有测温F-P腔（05），基座（011）上安装有测压F-P腔（06），测温F-P腔（05）与波分复用器（04）的反射端连接，且其光谱周期小于波分复用器（04）的反射端光谱宽度的一半，测压F-P腔（06）与波分复用器（04）的透射端连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于光谱分区的抛弃式光纤温度压力传感器，包括底部连接有基座（011）的圆筒形主体腔（01），其特征在于：所述主体腔（01）顶部连接有与其形成密闭腔的端盖（03），主体腔（01）末端设置有连接基座（011）、侧壁开窗的圆筒形保护罩（02），基座（011）上切割有平台结构且在中轴线上开有通孔，端盖（03）的中轴线上开有通孔，传输光纤（07）穿过端盖（03）的通孔铺设在基座（011）的通孔内，且传输光纤（07）连接波分复用器（04）的入射端，主体腔（01）的上侧壁上安装有测温F-P腔（05），基座（011）上安装有测压F-P腔（06），测温F-P腔（05）与波分复用器（04）的反射端连接，且其光谱周期小于波分复用器（04）的反射端光谱宽度的一半，测压F-P腔（06）与波分复用器（04）的透射端连接。


2.根据权利要求1所述的基于光谱分区的抛弃式光纤温度压力传感器，其特征在于：所述主体腔（01）侧壁上开设有导流槽（012），导流槽（012）内安装有毛细管（012），测温F-P管（05）安装在毛细管（013）内。


3.根据权利要求1所述的基于光谱分区的抛弃式光纤温度压力传感器，其特征在于：所述保护罩（02）末端安装有配重柱（021），配重柱（021）的中心轴线上开设有连通保护罩（02）内部的导流孔（022）。


4.根据权利要求1所述的基于光谱分区的抛弃式光纤温度压力传感器，其特征在于：所述端盖（03）外侧壁上安装有若干尾翼（031）；测压F-P腔（06）密封安装在基座（011）的中轴线上。


5.根据权利要求1所述的基于光谱分区的抛弃式光纤温度压力传感器，其特征在于：所述波分复用器（04）为具有光纤尾纤的粗波分复用器，其反射端通带带宽为10-20nm，通带范围为1510-1590nm。


6.根据权利要求1所述的基于光谱分区的抛弃式光纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：张发祥，赵庆超，李惠，王英龙，王昌，倪家升，姜劭栋，刘小会，王英英，马龙，
申请(专利权)人：山东省科学院激光研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37