[实用新型]一种光纤折射率和温度传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种折射率和温度传感器，尤其涉及一种基于马赫曾德干涉仪和布拉格光栅的光纤折射率和温度传感器。

背景技术

折射率和温度在物理、生物、化学等学科领域是两个很重要的参数，对其精确测量在化工、医药、食品等相关工业部门有重要意义和用途。因此，许多的测量折射率和温度的方法应运而生。常规的测量折射率方法有掠入射法、衍射光栅法、激光照射法和CCD测量法，以及光声、SPR传感器和拉曼光谱等一些新技术。而测量温度的传统方法有高精度温度计法，SMS结构光纤法，布拉格光栅法和迈克尔逊干涉仪法等等。物质的温度对其折射率有很大的影响，在绝大多数的情况下，物质的温度会随着其所处温度的变化而变化，因此上述种种方法将这两种参量分开进行单独测量的精度就会有一定程度的偏差。在测量技术日益精密的科学研究中，这种偏差往往会对研究结果造成较大的影响。对于温度和折射率的双参数同时测量的研究中，涌现出了很多新的方法，如法布里泊罗腔镜法、拉锥光纤法、双模光纤法等，尽管这些方法的设计比较巧妙，在一定条件下能够实现温度和折射率的同时测量，但是这些方法价格昂贵并且不易操作，同时其稳定性较低，应用范围有限。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供基于马赫曾德干涉仪和布拉格光栅的光纤折射率和温度传感器，具体技术方案如下。

一种基于马赫曾德干涉仪和布拉格光栅的光纤折射率和温度传感器，包括宽带光源、光纤传感头、光谱仪和计算机；所述光纤传感头的第一输入端口与宽带光源通过光纤连接，第一输出端口与光谱仪通过光纤连接；光纤传感头内部的马赫曾德干涉仪中的两光束传输时发生干涉，然后传输到光谱仪；所述光纤传感头由三段错位的普通光纤形成马赫曾德干涉仪结构，其中第一段普通光纤具有布拉格光栅，第二段普通光纤两端的第一段普通光纤和第三段普通光纤的中心轴重合。

上述的光纤折射率和温度传感器中，还包括用于接收光谱仪的输出数据并计算折射率和温度的计算机，光谱仪输出端与所述计算机通信连接。

上述的光纤折射率和温度传感器，测量光纤传感头内部的马赫曾德结构和布拉格光栅均为去除包层的普通光纤尾纤。

上述的光纤折射率和温度传感器，所用的布拉格光栅反射率为70%，布拉格波长为1539.52nm。

上述的光纤折射率和温度传感器中，所述的宽带光源为C波段（1520nm-1570nm）的光纤宽带光源，所述传输光纤均为普通单模光纤。

上述的光纤折射率和温度传感器中，计算机根据干涉条纹的谷值波长和布拉格波长随待测物质折射率和温度变化而变化的规律，计算出待测物质折射率和温度。

利用上述光纤折射率和温度传感器的折射率和温度测量方法，包括：将光纤传感头插入待测物质中，马赫曾德内部传输的两光束进行干涉，干涉条纹波谷的波长和布拉格波长随光纤传感头所处的待测物质折射率和温度的变化而变化，通过光谱仪和计算机测得干涉条纹谷值波长和布拉格波长的移动范围，再经计算机计算得到待测物质的折射率和温度。

上述的测量方法中，当待测物质的折射率或者温度发生变化时，通过光谱仪探测到干涉条纹谷值波长和布拉格波长的移动范围，经过计算机进行计算后，即得到待测的温度和折射率，计算矩阵为：