[发明专利]一种基于多段锥形石英纤维模式干涉结构的海水盐度测量装置

说明书

本发明的目的在于提供一种基于多段锥形石英纤维模式干涉结构的海水盐度测量装置。这种光纤模式干涉结构作为一种内腔感知器件，采用多段锥形石英纤维相连并熔入到一段光纤中构成，将其嵌入到光纤激光器环形腔中，以改善环形腔的工作环境。采用该传感器装置，可以对海水折射率进行测量，根据输出光谱的变化从而可获得海水的盐度信息。为此，本发明采取的技术方案是，包括：依次相连的半导体激光器、波分复用耦合器、激光增益光纤、隔离器、反射传感头结构、光循环器、光纤布拉格光栅、光耦合器、光谱分析仪；激光增益介质为一段3米长的掺铒光纤；基于多段锥形石英纤维的模式干涉结构与光纤反射器相级联构成了反射传感头结构。

技术领域

本发明涉及光纤激光传感领域，具体讲，涉及一种基于多段锥形石英纤维模式干涉结构的海水盐度测量装置，可用于海水盐度信息的测量。

技术背景

近年来，全光纤传感器，特别是那些高灵敏度的传感器，已经引起了人们的广泛关注。随着光纤激光器的普及，且由于它们具有结构简单、灵敏度高、信噪比高、稳定性好等优点，人们对光纤激光传感器的需求日益增长。现今已经实现了各种光纤激光传感器对温度、应变、折射率等的测量，已广泛应用于生物、医学、环境等各个领域。

海水盐度的测量在水产养殖、海洋环境监测与管理、海洋学研究等多种科学应用中起着不可或缺的作用，传统的基于电子元件的商业盐度传感器通过探测海水电导率来采集盐度信息。近年来，光纤盐度传感器作为一种潜在的有吸引力的替代品受到了广泛的关注。通过测量海水的折射率可以获得盐度信息。现有的光纤盐度传感器形式包括传统的长周期光栅干涉仪、光纤法布里一珀罗腔中的微纤维结型环形谐振器、侧面抛光的双核光纤、U形单模光纤以及v各种锥形特种光纤和微纤维光纤。为了提高光纤盐度传感器的灵敏度，大多采用熔锥或激光钻孔的方法制作。这些传感器大多灵敏度高，然而它们很难构建。此外，这些传感器的传感头要么鲁棒性差，要么增大了传感光纤的温度交叉敏感性，这种脆弱的传感结构变得不可靠，不适合在极端海洋环境中进行测量。最近，基于光纤激光内腔调制的光纤传感器已应用于磁场和温度测量，这些传感器具有灵敏度高、信噪比高、半峰全宽窄等特点，它们在海洋探测方面有很大的潜力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多段锥形石英纤维模式干涉结构的海水盐度测量装置。这种光纤多模模式干涉结构作为一种内腔感知器件，采用多段锥形石英纤维相连并熔入到一段光纤中构成，将其嵌入到光纤激光器环形腔中，以改善环形腔的工作环境。光纤反射器与基于多段锥形石英纤维的模式干涉结构相级联，来提高调制灵敏度。采用该传感器装置，可以对海水折射率进行测量，根据输出光谱的变化从而可获得海水的盐度信息。为此，本发明采取的技术方案是，包括：依次相连的半导体激光器、波分复用耦合器、激光增益光纤、隔离器、反射传感头结构、光循环器、光纤布拉格光栅、光耦合器、光谱分析仪；激光增益介质为一段3米长的掺铒光纤；基于多段锥形石英纤维的模式干涉结构与光纤反射器相级联构成了反射传感头结构，这便于工程设备的组装；装置的输出光谱是由光谱分析仪测量得到的。

半导体激光器作为激光泵浦源，976nm抽运光通过980nm/1550nm波分复用器有效的耦合到掺铒光纤中，其固定输出波长为976nm。

将基于多段锥形石英纤维的模式干涉结构与光纤反射器级联，用作反射传感头，提高了内腔感知深度，其中模式干涉结构是由多段合适长度的锥形石英纤维相连并熔入到一段光纤中构成的。将反射传感头通过光循环器嵌入到光纤环形腔中，作为盐度信息传感器件，同时还有一定滤波作用。

传感头的水密封装设计采用了双套筒结构，用于海水中的防污保护，其中过滤网起到过滤海水中杂质的作用，紫外线发光二极管具有杀菌和净化水质的功效，用于防止传感光纤与海洋生物分子和浮游生物粘附，保证了传感头部分暴露在海水中的可靠性，并将传感头部分通过环氧胶固定在检测保护结构上。同时将传感结构密封起来，能够承受高水压，防止海水渗透到仪器中。

隔离器作为隔离装置，是为了保持单向光传播并防止空间孔燃烧。