[发明专利]利用光纤法珀气体折射率和温度传感系统实现的测量方法

说明书

本发明公开了一种光纤法珀气体折射率和温度传感器及系统、测量方法，包括光纤法珀气体折射率和温度传感器(18)及其构成的测量系统；所述SLD光源(16)发出的光经过环形器(17)进入光纤法珀气体折射率和温度传感器(18)，传感器(18)三个反射面反射的光形成干涉，反射信号经过环形器(17)被光谱仪(19)接收，计算机(20)记录反射回的干涉光谱信号并进行计算处理；所述恒温箱(22)控制压力舱里的温度扫描变化；空气压力舱(21)中的压力通过压力控制系统控制压力的变化，使得舱内压力进行变化扫描，实现温度、气体折射率的同时测量，且实现了温度补偿。与现有技术相比，本发明实现高精度测量，具有结构性能稳定，成本低、可批量加工等优势。

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，具体涉及一种可同时测量气体折射率和温度的测量方法。

背景技术

气体折射率是生物化学分析和以气体为传播介质的激光系统中的重要光学参数之一。光纤法布里-珀罗(F-P)传感器以其紧凑的尺寸、抗电磁干扰和高灵敏度的特点，引起了大量用于气体折射率传感的研究。如MingDeng等(MingDeng,ChangpingTang,Tao Zhu,etal.,Refractive index measurement usingphotonic crystal fiber-based Fabry–Perot interferometer,AppliedOptics,2010,49(9):1593-1598)在单模光纤与光子晶体之间熔接一段中空芯光纤,构建了一种新型的法珀气体折射率传感器。Mingran Quan等(Mingran Quan,Jiajun Tian,YongYao,Ultra-high sensitivity Fabry–Perotinterferometer gas refractive index fiber sensor based on photonic crystalfiber and Vernier effect,Optics Letters,2015,40(21):4891)提出了一种超高灵敏度的法珀气体折射率传感器，该传感器是通过将一段光子晶体光纤(PCF)与一段光纤管和一段单模光纤熔接而制备的。Ruohui Wang 等(Ruohui Wang and Xueguang Qiao，Gasrefractometer based on optical fiber extrinsic Fabry–Perot interferometerwith open cavity，Photonics Technology Letters，2015,27(3):245-248)研究了一种基于法珀干涉的气体折射率传感器，该传感器是由一段较短的毛细管两端分别与单模光纤和带侧孔的光纤熔接而成的。这些传感器由于其全二氧化硅或温度不敏感材料而具有相对低的温度灵敏度，但是由热膨胀引起的温度交叉灵敏度仍然大大降低了折射率的测量精度。此外，大多数材料的折射率是与温度有关的，因此有必要同时测量出折射率和温度。RuohuiWang等(Ruohui Wang and Xueguang Qiao，Applied Optics，2014,53(32):7724-7728)提出了一种混合微型光纤F-P干涉仪，能够同时测量气体折射率和温度。通过熔接两个不同内径的毛细管和单模光纤，使三部分串联起来构成混合法珀干涉仪。一个由大内径毛细管形成的空腔构成的非本征型干涉仪，和一个由一小段小内径毛细管构成的本征型干涉仪。干涉光谱中不同的峰对气体折射率和温度的变化表现出不同的反应，基于此特点，可以同时测量温度与折射率。但此传感器的温度敏感材料为二氧化硅，因此温度敏感度受到其低热光系数的限制。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提出了一种利用光纤法珀气体折射率和温度传感系统实现的测量方法，可同时测量气体折射率和温度的光纤珐珀传感器及其测量方法。