[发明专利]一种全光纤型长周期光纤光栅溶液多参量传感系统

说明书

技术领域

本发明涉及光纤光栅传感技术领域，特别是涉及一种具有多参量测量功能的全光纤型长周期光纤光栅传感系统。

背景技术

溶液浓度和温度的实时监测是某些领域工业工程质量控制的重要组成部分，也是水体污染物监测、环境监测等领域的重要技术手段。光纤光栅是在光纤中建立起某种空间折射率周期分布，使在其中光的传播特性得以改变的一种光学元件。长周期光纤光栅(LPG)是一种透射型光栅，其谐振波长和谐振强度对外界环境的变化非常敏感，长周期光纤光栅的谐振峰值波长需满足相位匹配条件，如以下方程所示。

λL=(ncore-ncladp)Λ---(1)]]>

对温度T进行求导，得到(2)式，

dλLdT=λLγ(α+Γtemp)---(2)]]>

式中α＝ΔΛ/(Λ·ΔT)是光纤的热膨胀系数，

Γtemp=d(ncore-ncladp)(ncore-nclad)dT---(3)]]>

从上式可以看出，当外界温度变化的时候，由于热光效应，光纤纤芯和包层的材料折射率都会发生相应的变化，引起纤芯模和包层模有效折射率差的变化。同时，光栅的周期也会由于光纤的热胀冷缩而发生改变。由于石英材料的热膨胀系数α约为5×10^-7/℃，远小于Γ_temp的值，所以一般可忽略不计。长周期光纤光栅的温度灵敏度可表示为：

K_T＝(α_co+ξ_co)n_coΛ-(α_co+ξ_cl)n_clΛ                           (4)

式中α_co为纤芯的热膨胀系数，ξ_co、ξ_cl分别为纤芯和包层的热光系数。由上面的分析可知，长周期光纤光栅的谐振波长随温度呈线性变化。