[发明专利]FBG传感头及其制备方法、使用FBG传感头的多参量传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤传感技术，尤其是涉及一种FBG传感头及其制备方法、使用FBG传感头的多参量传感器。

背景技术

随着信息时代的到来，作为信息采集系统的首要部件的传感器已渗入到新技术革命的所有领域，涉及国民经济和大众生活的各个方面，成为制约时代发展的关键。据统计，2013年我国传感器销售额为1000亿元以上；2014年超过1200亿元；在物联网、智能手机和智能家居等产品智能化理念的推动下，2015年有望突破1300亿元。与此同时，随着传感器的工作环境的复杂化和人们对生活品质希望值的提升，传感器的功能需求标准也在不断提高。总之，在巨大需求量和高品质性能需求背景下，多参量传感器已成为时代发展的迫切需要。多参量传感器的应用，一方面，可以最大程度地降低测量多个参量采用单一传感器的成本和体积；另一方面，可以有效地提高传感器的稳定性和可靠性，适应越来越复杂的传感环境；更为重要的是多参量传感器可以对不同传感参量同时测量，达到实时性。

目前，多参量传感器的研究主要包括多传感器数据融合技术（MEMS）和新型功能材料两方面。多传感器数据融合技术是利用多个传感器资源，通过对多个传感器及其观测信息的合理支配和使用，把多个传感器在空间或时间上的冗余或互补信息，依据某种准则进行组合，以获得被测对象的一致性解释和描述。多传感器数据融合技术虽然可以获得多个参量的信息，但是并不能代替单一高精度传感器的测量结果，并且应用具有一定的局限性，只能针对具体问题展开，不能形成基本的理论框架和有效的广义融合模型及算法。另一方面，多传感器数据融合技术使得新材料型多参量传感器成为争相研究的热点，如光纤光栅传感器、超导传感器、纳米传感器和新型量子传感器等，其中，光纤光栅传感器具有波长绝对编码、不受电磁场干扰、安全防爆、耐腐蚀、灵敏度高、感传合一、体积小、重量轻等诸多优势，同时对外界应变、温度、压力、液位等物理量的变化同时敏感，尤其可应用于许多传统的传感器难以涉足的极端恶劣场合，并能在极限温度、腐蚀、真空和危险的环境中正常工作，已成为最具应用价值和应用前景的一类多参量传感器，引发了国内外科研人员对光纤光栅传感器的研究热潮。

根据周期的不同，光纤光栅可分为光纤布拉格光栅（FBG）和长周期光纤光栅（LPFG）两大类。其中，光纤布拉格光栅的周期一般在1μm以下，是一种反射型无源器件，除具有光纤光栅传感器的诸多优点外，尤为重要的是制作简单、成本低、可实现分布式感测，且带宽可达亚微米量级、感测精度极高，已成为多参量传感器的首选。目前，利用光纤布拉格光栅传感器实现多参量同时传感测量的问题，已提出两类解决方案：多传感器法和单传感器法，多传感器法需要两种或两种以上传感器的组合，这不但增加了复杂性、体积和连接损耗，而且提高了成本，而单传感器法正好可以弥补上述的不足。然而，现有的光纤布拉格光栅传感器中的光纤布拉格光栅为通用结构，通用结构的光纤布拉格光栅只有一个反射峰，多个影响因素同时存在时，其本身无法分辨谐振波长的漂移或反射峰的损耗来自哪个参量，因而限制了光纤布拉格光栅传感器在实际中大规模的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种反射谱中存在多个波峰、适用于多参量同时传感测量的FBG传感头及其制备方法，以及使用FBG传感头的对外界环境响应灵敏度高、重复性好、性能稳定的多参量传感器。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种FBG传感头，其特征在于该FBG传感头为一段整体呈双锥型结构的光纤布拉格光栅。

所述的光纤布拉格光栅的中间部分为完全腐蚀后形成的锥腰区、两端端缘部分分别为未腐蚀的标准光栅区、位于所述的锥腰区与所述的标准光栅区之间的部分为渐变腐蚀形成的过渡区。

一种FBG传感头的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

①截取一段普通单模光纤；

②将截取的普通单模光纤制备成稳定性好的光纤布拉格光栅；

③将步骤②制备得到的光纤布拉格光栅的中间部分放入装有腐蚀溶液的容器中，使光纤布拉格光栅的中间部分完全腐蚀且两端部分渐变腐蚀，得到整体呈双锥型结构的光纤布拉格光栅，再将整体呈双锥型结构的光纤布拉格光栅放入去离子水中漂洗，并晒干，作为FBG传感头。

所述的步骤①中的截取的普通单模光纤的长度为80～120厘米、纤芯直径为8.2微米、包层直径为125微米。在此，实际截取时可根据实际需求截取相应的长度。