【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤传感，特别涉及一种补偿温度干扰的光纤盐度传感器及其制备和温度补偿方法。
技术介绍
1、近年来，光纤传感技术飞速发展，与传统的电学盐度传感器相比，光纤盐度传感器具有抗电磁干扰、耐腐蚀、结构紧凑、灵敏度高等优点，受到了研究者的广泛关注。目前，光纤盐度传感器的研究均通过直接测量海水折射率间接获得海水盐度，而海水折射率随温度变化非常明显，即光纤盐度传感器对温度交叉敏感。为此，实现盐度精确测量必须解决温度干扰问题。近来年，研究者提出了温盐双参数测量方案，研究表明，实现温盐同时传感，至少需要两个传感器。在不增加传感器个数的基础上，解决温度交叉敏感问题需要对传感器做温度补偿。
2、因此，如何实现对光纤盐度传感器的温度补偿以解决温度干扰问题是当下亟需要解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种补偿温度干扰的光纤盐度传感器及其制备和温度补偿方法，利用氧化锆的正热膨胀系数来抵消海水的负热光系数。为了进一步提高盐度检测灵敏度，将两个开放式fpi干涉计并联，通过精准控制两干涉计的自由光谱范围，使干涉谱产生游标效应，利用游标现象实现盐度灵敏度放大。
2、为了达到上述目的，采用的技术方案如下：
3、根据本专利技术的第一方面，提供一种补偿温度干扰的光纤盐度传感器，包括并联fpi干涉计，所述并联fpi干涉计包括并联的第一fpi干涉计和第二fpi干涉计；
4、所述第一fpi干涉计包括第一陶瓷插芯、第二陶瓷插芯、第一单模光纤、第二
5、所述第二fpi干涉计包括第三陶瓷插芯、第四陶瓷插芯、第三单模光纤、第四单模光纤和第二氧化皓套筒，所述第三陶瓷插芯和所述第四陶瓷插芯通过所述第二氧化皓套筒固定，以使所述第三陶瓷插芯和所述第四陶瓷插芯的相邻两个端面之间存在第二腔体，所述第一单模光纤的一端穿过所述第一陶瓷插芯后设置于所述第二腔体内，所述第三单模光纤的一端穿过所述第三陶瓷插芯后设置于所述第二腔体内，所述第四单模光纤设置于第二腔体的一端镀有金膜，所述第二腔体内设置有水介质。
6、进一步地，所述第一单模光纤、第二单模光纤、第三单模光纤和第四单模光纤分别通过一个树脂胶层固定于所述第一陶瓷插芯、第二陶瓷插芯、第三陶瓷插芯和第四陶瓷插芯。
7、进一步地，还包括宽带光源、耦合器和光谱仪，所述宽带光源用于产生第一光束，所述第一光束经过所述耦合器后分为两个光束后分别进入所述第一fpi干涉计和第二fpi干涉计产生第二光束和第三光束，所述第二光束和第三光束进入至所述耦合器后形成第四光束，所述第四光束进入至所述光谱仪。
8、进一步地，所述第一陶瓷插芯和所述第二陶瓷插芯的两端距离为7000~8000µm，所述第一单模光纤和第二单模光纤的两端距离为300~400µm，所述第三陶瓷插芯和所述第四陶瓷插芯的两端距离为6000~7000µm，所述第三单模光纤和第四单模光纤的两端距离为200~300 µm。
9、进一步地，所述第一陶瓷插芯和所述第二陶瓷插芯的两端距离为7088µm，所述第一单模光纤和第二单模光纤的两端距离为315µm，所述第三陶瓷插芯和所述第四陶瓷插芯的两端距离为6413µm，所述第三单模光纤和第四单模光纤的两端距离为285 µm。
10、进一步地，所述第一陶瓷插芯和所述第二陶瓷插芯的两端距离与所述第一单模光纤和第二单模光纤的两端距离的比值，与所述第三陶瓷插芯和所述第四陶瓷插芯的两端距离与所述第三单模光纤和第四单模光纤的两端距离的比值相等。
11、进一步地，所述第一陶瓷插芯和所述第二陶瓷插芯的两端距离与所述第一单模光纤和第二单模光纤的两端距离的比值为20~25。
12、进一步地，所述第一fpi干涉计和第二fpi干涉计的干涉谱分别表示为：
13、 (1)
14、(2)
15、其中， λ为入射光波长， i1和 i3为第一fpi干涉计中两束反射光光强， i2和 i4为第二fpi干涉计中两束反射光光强， ifpi1、 ifpi2分别为第二光束和第三光束的光强， l1和 l2分别为第一fpi干涉计和第二fpi干涉计的腔长， n1和 n2分别为盐水和水的折射率；
16、所述并联fpi干涉计的并联干涉谱产生干涉谱包络，所述干涉谱包络表示为：
17、 (3)
18、其中， e为干涉谱包络振幅， m为游标放大倍率。
19、根据本专利技术的第二方面，提供如上所述的补偿温度干扰的光纤盐度传感器的制备方法，所述制备方法包括：
20、将端面切割平整的第一单模光纤和端面镀有金膜的第二单模光纤分别相向插入第一陶瓷插芯和第二陶瓷插芯中，用第一氧化锆套筒连接，形成第一fpi干涉计；
21、将端面切割平整的第三单模光纤和端面镀有金膜的第四单模光纤分别相向插入第三陶瓷插芯和第四陶瓷插芯中，用第二氧化锆套筒连接，形成第二fpi干涉计；
22、控制单模光纤端面间距离以及陶瓷插芯端面间距离至设定的距离；
23、将环氧树脂ab胶按1：1比例混合搅拌均匀，使其成为乳白色状态；
24、用单模光纤蘸取适量乳白色状态的树脂胶，涂覆在第一陶瓷插芯、第二陶瓷插芯、第三陶瓷插芯以及第四陶瓷插芯的端面，放置在60℃的温控箱内一小时，使树脂胶固化；
25、将固化后的第一fpi干涉计和第二fpi干涉计固定于石英片上。
26、根据本专利技术的第三方面，提供一种温度补偿方法，基于如上所述的补偿温度干扰的光纤盐度传感器，所述方法包括：控制第一fpi干涉计和第二fpi干涉计中两陶瓷插芯间氧化锆的长度，来抵消水的热光效应的影响，以实现温度补偿。
27、本专利技术的有益效果是：
28、本专利技术利用氧化锆的正热膨胀系数和水的负热光系数对干涉计作用相反的特点，通过精确控制两陶瓷插芯间氧化锆的长度，来抵消水的热光效应的影响，理论上可实现温度完全补偿。
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1.一种补偿温度干扰的光纤盐度传感器，其特征在于，包括并联FPI干涉计，所述并联FPI干涉计包括并联的第一FPI干涉计和第二FPI干涉计；
2.如权利要求1所述的补偿温度干扰的光纤盐度传感器，其特征在于，所述第一单模光纤、第二单模光纤、第三单模光纤和第四单模光纤分别通过一个树脂胶层固定于所述第一陶瓷插芯、第二陶瓷插芯、第三陶瓷插芯和第四陶瓷插芯。
3.如权利要求1所述的补偿温度干扰的光纤盐度传感器，其特征在于，还包括宽带光源、耦合器和光谱仪，所述宽带光源用于产生第一光束，所述第一光束经过所述耦合器后分为两个光束后分别进入所述第一FPI干涉计和第二FPI干涉计产生第二光束和第三光束，所述第二光束和第三光束进入至所述耦合器后形成第四光束，所述第四光束进入至所述光谱仪。
4.如权利要求1所述的补偿温度干扰的光纤盐度传感器，其特征在于，所述第一陶瓷插芯和所述第二陶瓷插芯的两端距离为7000~8000µm，所述第一单模光纤和第二单模光纤的两端距离为300~400µm，所述第三陶瓷插芯和所述第四陶瓷插芯的两端距离为6000~7000µm，所述第三单模光纤和
5.如权利要求1所述的补偿温度干扰的光纤盐度传感器，其特征在于，所述第一陶瓷插芯和所述第二陶瓷插芯的两端距离为7088µm，所述第一单模光纤和第二单模光纤的两端距离为315µm，所述第三陶瓷插芯和所述第四陶瓷插芯的两端距离为6413µm，所述第三单模光纤和第四单模光纤的两端距离为285 µm。
6.如权利要求1所述的补偿温度干扰的光纤盐度传感器，其特征在于，所述第一陶瓷插芯和所述第二陶瓷插芯的两端距离与所述第一单模光纤和第二单模光纤的两端距离的比值，与所述第三陶瓷插芯和所述第四陶瓷插芯的两端距离与所述第三单模光纤和第四单模光纤的两端距离的比值相等。
7.如权利要求6所述的补偿温度干扰的光纤盐度传感器，其特征在于，所述第一陶瓷插芯和所述第二陶瓷插芯的两端距离与所述第一单模光纤和第二单模光纤的两端距离的比值为20~25。
8.如权利要求3所述的补偿温度干扰的光纤盐度传感器，其特征在于，所述第一FPI干涉计和第二FPI干涉计的干涉谱分别表示为：
9.如权利要求1至8中任一项所述的补偿温度干扰的光纤盐度传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
10.一种温度补偿方法，其特征在于，基于权利要求1至8中任一项所述的补偿温度干扰的光纤盐度传感器，所述方法包括：控制第一FPI干涉计和第二FPI干涉计中两陶瓷插芯间氧化锆的长度，来抵消水的热光效应的影响，以实现温度补偿。
...【技术特征摘要】
1.一种补偿温度干扰的光纤盐度传感器，其特征在于，包括并联fpi干涉计，所述并联fpi干涉计包括并联的第一fpi干涉计和第二fpi干涉计；
2.如权利要求1所述的补偿温度干扰的光纤盐度传感器，其特征在于，所述第一单模光纤、第二单模光纤、第三单模光纤和第四单模光纤分别通过一个树脂胶层固定于所述第一陶瓷插芯、第二陶瓷插芯、第三陶瓷插芯和第四陶瓷插芯。
3.如权利要求1所述的补偿温度干扰的光纤盐度传感器，其特征在于，还包括宽带光源、耦合器和光谱仪，所述宽带光源用于产生第一光束，所述第一光束经过所述耦合器后分为两个光束后分别进入所述第一fpi干涉计和第二fpi干涉计产生第二光束和第三光束，所述第二光束和第三光束进入至所述耦合器后形成第四光束，所述第四光束进入至所述光谱仪。
4.如权利要求1所述的补偿温度干扰的光纤盐度传感器，其特征在于，所述第一陶瓷插芯和所述第二陶瓷插芯的两端距离为7000~8000µm，所述第一单模光纤和第二单模光纤的两端距离为300~400µm，所述第三陶瓷插芯和所述第四陶瓷插芯的两端距离为6000~7000µm，所述第三单模光纤和第四单模光纤的两端距离为200~300 µm。
5.如权利要求1所述的补偿温度干扰的光纤盐度传感器，其特征在于，所述第一陶瓷插芯和所述第二陶...
【专利技术属性】
技术研发人员：李依潼，杨玉强，王骥，陈柳云，高佳乐，
申请(专利权)人：广东海洋大学，
类型：发明
国别省市：
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