[发明专利]一种折射率和温度同时测量的全光纤传感器及其测量方法

权利要求书

1.一种折射率和温度同时测量的全光纤传感器，其特征在于：包括宽带光谱光源、光纤传感头和光谱分析仪；所述光纤传感头包括输入输出光纤部分、光束耦合部分和传感部分，所述输入输出光纤部分包括输入单模光纤和输出单模光纤，所述光束耦合部分包括多模光纤和细芯-单模光纤熔接点即粗锥结构；传感部分包括细芯光纤，位于光纤传感头中间，所述输入输出光纤部分和传感部分通过光束耦合部分连接，第一耦合点为多模光纤与单模光纤连接点，由于纤芯失配引起光波在细芯光纤中的纤芯和包层中传播，第二耦合点为细芯-单模光纤熔接结构，将在细芯光纤中纤芯和包层传播的光波重新耦合一起，发生干涉，并进入单模光纤的纤芯中传播；光纤传感头的输入端口与宽带光谱光源通过光纤连接，所述光纤传感头的输出端口与光谱分析仪通过光纤连接，光纤传感头中由所述多模光纤(MMF)、细芯光纤(TCF)和细芯光纤与单模光纤熔接点构成马赫-曾德干涉仪，马赫-曾德干涉仪内部的光束在传输时发生干涉，然后传输进入光谱分析仪。

2.根据权利要求1所述的一种折射率和温度同时测量的全光纤传感器，其特征在于：还包括计算机，所述计算机与光谱分析仪输出端通信连接；所述计算机用于接收光谱仪的输出数据并利用二维矩阵实现折射率和温度同时测量。

3.根据权利要求1所述的一种折射率和温度同时测量的全光纤传感器及其测量方法，其特征在于：所述马赫-曾德干涉仪采用去除涂覆层的细芯光纤构成。

4.根据权利要求1所述的一种折射率和温度同时测量的全光纤传感器，其特征在于：所述的宽带光谱光源为L波段1570nm-1605nm的光纤宽带光谱光源，所述所有传输光纤均为普通单模光纤。

5.一种利用权利要求1～4任一项所述折射率和温度同时测量的全光纤传感器的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将光纤传感头放入待测环境中；

步骤2、通过光谱分析仪和计算机测得干涉条纹谷值波长的移动范围；

步骤3、然后利用数学方法处理后获得折射率和温度的变化值。

6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，步骤3中，利用干涉波谷对温度和折射率响应的灵敏度组成系数矩阵如下式所示，实现双参数测量：

其中为不同干涉波谷对折射率和温度的灵敏度，Δλ_m1、Δλ_m2为不同波谷波长的偏移量，通过实验计算出各个量，再通过矩阵逆变换就能同时计算出折射率的变化值Δn和温度的变化值ΔT。