一种温盐深同步测量光纤传感器及测量方法技术

本发明专利技术公开了一种温盐深同步测量光纤传感器及测量方法，传感器包括：宽谱光源、光纤环形器、耦合器、光谱仪、第一干涉计、第二干涉计、第三干涉计和第四干涉计，所述宽谱光源发出入射光经过所述光纤环形器进入所述第一干涉计，由所述第一干涉计反射后，经过所述光纤环形器和所述耦合器，分别进入所述第二干涉计、所述第三干涉计和所述第四干涉计进行反射，经过所述耦合器，被所述光谱仪接收；其中，所述第一干涉计、所述第二干涉计、所述第三干涉计和所述第四干涉计串联，所述第二干涉计、所述第三干涉计和所述第四干涉计并联。本发明专利技术不但可以产生游标效应，而且可实现温盐深多参数测量。而且可实现温盐深多参数测量。而且可实现温盐深多参数测量。

【技术实现步骤摘要】
一种温盐深同步测量光纤传感器及测量方法


[0001]本专利技术涉及光纤传感
，尤其涉及一种温盐深同步测量光纤传感器及测量方法。

技术介绍

[0002]光纤传感器具有结构紧凑、抗电磁干扰、成本低、体积小、易复用等优点，被广泛应用于各个领域。其中光纤法布里——珀罗传感器在众多传感器中脱颖而出，具有制作简单，灵敏度高，抗外界振动干扰等优点，可实现对环境参量实时、高效、大规模连续监测，应用于海洋环境监测领域。
[0003]然而，单个法布里
‑
珀罗干涉计的灵敏度有限，为了提高光纤传感器的灵敏度，本专利拟采用自由光谱范围接近但不相等的两个干涉计串联或并联的方式，使其产生光学游标效应，利用游标效应的放大作用提高灵敏度。为了实现温度、盐度和深度同时测量，本专利技术设计了四个法布里
‑
珀罗干涉计串并联结构，该结构不但可以产生游标效应，而且可实现温盐深多参数测量。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种温盐深同步测量光纤传感器及测量方法，采用自由光谱范围接近但不相等的两个干涉计串联或并联的方式，使其产生光学游标效应，利用游标效应的放大作用提高灵敏度。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种温盐深同步测量光纤传感器，包括：宽谱光源、光纤环形器、耦合器、光谱仪、第一干涉计、第二干涉计、第三干涉计和第四干涉计，所述宽谱光源发出入射光经过所述光纤环形器进入所述第一干涉计，由所述第一干涉计反射后，经过所述光纤环形器和所述耦合器，分别进入所述第二干涉计、所述第三干涉计和所述第四干涉计进行反射，经过所述耦合器，被所述光谱仪接收；其中，所述第一干涉计分别与所述第二干涉计、所述第三干涉计和所述第四干涉计串联，所述第二干涉计、所述第三干涉计和所述第四干涉计并联。
[0006]优选地，所述第一干涉计包括单模光纤和空芯光纤，所述第一干涉计由所述单模光纤、空芯光纤、单模光纤依次熔接而成；其中，所述单模光纤直径为125微米，纤芯直径为8
‑
10微米；所述空芯光纤的外径与所述单模光纤直径相同，所述空芯光纤内径为50微米。
[0007]优选地，所述第二干涉计为若干所述单模光纤错位熔接制成，错位量为65.5
‑
67.5微米。
[0008]优选地，所述第三干涉计包括单模光纤、空芯光纤和空气腔，所述单模光纤与所述空芯光纤熔接，并在所述空芯光纤中注入聚二甲基硅氧烷材料，获得所述空气腔，所述空气腔的光程为所述第一干涉计光程的1.01
‑
1.1倍。
[0009]优选地，所述第四干涉计为F
‑
P干涉计，所述F
‑
P干涉计包括单模光纤和聚合物材料，所述单模光纤上覆盖所述聚合物材料。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术还提供了一种基于温盐深同步测量光纤传感器的测量方法，包括：分别获取所有干涉计各自的干涉谱，通过干涉谱叠加的方式获得干涉谱包络I
en
‑
12
、I
en
‑
13
、I
en
‑
14
，基于所述干涉谱包络计算干涉谱包络的平移量，求解所述平移量对应的矩阵方程，获得待测温度、盐度和深度。
[0011]优选地，第一干涉计的干涉谱为：；第二干涉计的干涉谱为：；第三干涉计的干涉谱为：；第四干涉计的干涉谱为：；其中，I1、I2分别为第一干涉计的两束反射光的光强，I3、I4分别为第二干涉计的两束反射光的光强，I5、I6分别为第三干涉计的两束反射光的光强，I7、I8分别为第四干涉计的两束反射光的光强，L1、L2、L3、L4分别为第一干涉计、第二干涉计、第三干涉计、第四干涉计的腔长，n1和n2、n3、n4分别为第一干涉计、第二干涉计、第三干涉计、第四干涉计的腔内介质折射率。
[0012]优选地，所述干涉谱包络I
en
‑
12
为：；
[0013]其中，E
12
为第一干涉计与第二干涉计之间的干涉谱包络幅值，M
12
为第一干涉计和第二干涉计之间游标效应的放大倍率，FSR1为第一干涉计的自由光谱范围，FSR2为第二干涉计的自由光谱范围；所述干涉谱包络I
en
‑
13
为：；
[0014]其中，E
13
为第一干涉计与第三干涉计之间的干涉谱包络幅值；M
13
为第一干涉计和第三干涉计之间游标效应的放大倍率，FSR3为第三干涉计的自由光谱范围；所述干涉谱包络I
en
‑
14
为：；
[0015]其中，E
14
为第一干涉计与第四干涉计之间的干涉谱包络幅值；M
14
为第一干涉计与第四干涉计之间游标效应的放大倍率，FSR4为第四干涉计的自由光谱范围。
[0016]优选地，所述干涉谱包络的平移量为：
；
[0017]其中，ΔT、ΔS、ΔH分别表示温度、盐度、深度相对于标定点(T0，S0)、(T0，H0)的变化量，Δλ
12
、Δλ
13
、Δλ
14
分别为干涉谱包络I
en
‑
12
、I
en
‑
13
、I
en
‑
14
相对于标定点干涉谱包络的平移量；α1和β1分别为干涉谱包络I
en
‑
12
的温度和盐度灵敏度，α2和β2分别为干涉谱包络I
en
‑
13
的温度和盐度灵敏度，α3和β3分别为干涉谱包络I
en
‑
14
的温度和深度灵敏度。
[0018]优选地，所述平移量对应的矩阵方程为：；
[0019]求解所述矩阵方程，获得待测温度、盐度和深度：；
[0020]其中，T、S、H分别为待测温度、待测盐度和待测深度，T0、S0、H0分别为初始温度、盐度、深度。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：本专利技术实现了温盐深同步检测，利用干涉计间产生的游标效应，提高了温盐深检测灵敏度，相对于各单个干涉计灵敏度提高了1个数量级；本专利技术设计了四个法布里
‑
珀罗干涉计串并联结构，该结构不但可以产生游标效应，而且可实现温盐深多参数测量。
附图说明
[0022]构成本申请的一部分的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不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例的一种温盐深同步测量光纤传感器结构示意图；图2为本专利技术实施例的四种传感头结构示意图，其中，(a)第一干涉计，(b) 第二干涉计；(c)第三干涉计；(d)第四干涉计；图3为本专利技术实施例的复杂多腔干涉谱示意图；图4为本专利技术实施例的四本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种温盐深同步测量光纤传感器，其特征在于，包括：宽谱光源、光纤环形器、耦合器、光谱仪、第一干涉计、第二干涉计、第三干涉计和第四干涉计，所述宽谱光源发出入射光经过所述光纤环形器进入所述第一干涉计，由所述第一干涉计反射后，经过所述光纤环形器和所述耦合器，分别进入所述第二干涉计、所述第三干涉计和所述第四干涉计进行反射，经过所述耦合器，被所述光谱仪接收；其中，所述第一干涉计分别与所述第二干涉计、所述第三干涉计和所述第四干涉计串联，所述第二干涉计、所述第三干涉计和所述第四干涉计并联。2.根据权利要求1所述的温盐深同步测量光纤传感器，其特征在于，所述第一干涉计包括单模光纤和空芯光纤，所述第一干涉计由所述单模光纤、空芯光纤和单模光纤依次熔接而成；其中，所述单模光纤直径为125微米，纤芯直径为8
‑
10微米；所述空芯光纤的外径与所述单模光纤直径相同，所述空芯光纤内径为50微米。3.根据权利要求2所述的温盐深同步测量光纤传感器，其特征在于，所述第二干涉计为若干所述单模光纤错位熔接制成，错位量为65.5
‑
67.5微米。4.根据权利要求3所述的温盐深同步测量光纤传感器，其特征在于，所述第三干涉计包括单模光纤、空芯光纤和空气腔，所述单模光纤与所述空芯光纤熔接，并在所述空芯光纤中注入聚二甲基硅氧烷材料，获得所述空气腔，所述空气腔的光程为所述第一干涉计光程的1.01
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1.1倍。5.根据权利要求1所述的温盐深同步测量光纤传感器，其特征在于，所述第四干涉计为F
‑
P干涉计，所述F
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P干涉计包括单模光纤和聚合物材料，所述单模光纤上覆盖所述聚合物材料。6.基于权利要求1
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5任一项所述的温盐深同步测量光纤传感器的测量方法，其特征在于，包括：分别获取所有干涉计各自的干涉谱，通过干涉谱叠加的方式获得干涉谱包络I
en
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12
、I
en
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13
、I
en
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14
，基于所述干涉谱包络计算干涉谱包络的平移量，求解所述平移量对应的矩阵方程，获得待测温度、盐度和深度。7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，第一干涉计的干涉谱为：；第二干涉计的干涉谱为：；第三干涉计的干涉谱为：；第四干涉计的干涉谱为：；其中，I1、I2分别为第一干涉计的两束反射光的光强，I3、I4分别为第二干涉计的两束反射光的光强，I5、I6分别为第三干涉计的两束反射光的光强，I7、I8分别为第四干涉计...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉强，高佳乐，张钰莹，李雨婷，宋坤，李承勇，
申请(专利权)人：广东海洋大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：