[发明专利]一种快速响应式光纤布拉格光栅湿度传感器系统及其应用方法

权利要求书

1.一种快速响应式光纤布拉格光栅湿度传感器系统，包括顺次连接的光源(1)、波分复用器(3)、FBG湿度传感器(5)，还包括接入波分复用器(3)的解调设备(2)，其特征在于，所述光源(1)的输出光功率范围在100mW～2W之间且输出光的波长与解调设备(2)内光源的输出波长错开，所述光源(1)及所述解调设备(2)按照各自输出光的波段分别连接在所述波分复用器(3)的两个不同的波长通道上，所述波分复用器(3)的公共端与FBG湿度传感器(5)相连。

2.根据权利要求1所述的一种快速响应式光纤布拉格光栅湿度传感器系统，其特征在于，所述FBG湿度传感器(5)结构为光纤上紧邻地刻制两个FBG分别作为温度FBG和湿度FBG，所述温度FBG表面去除涂覆层以进行温度补偿，所述湿度FBG表面涂覆湿敏薄膜。

3.根据权利要求1所述的一种快速响应式光纤布拉格光栅湿度传感器系统，其特征在于：所述湿度FBG表面涂覆湿敏薄膜为聚甲基丙烯酸甲酯或聚酰亚胺。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种快速响应式光纤布拉格光栅湿度传感器系统，其特征在于：所述光源(1)为980nm泵浦光源或1480nm拉曼泵浦光源。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种快速响应式光纤布拉格光栅湿度传感器系统，其特征在于：所述解调设备(2)为光纤光栅波长解调仪或由ASE光源、光纤耦合器、光谱分析仪组合而成的FBG波长解调系统。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种快速响应式光纤布拉格光栅湿度传感器系统，其特征在于：所述波分复用器(3)与FBG湿度传感器(5)之间通过传输光纤(4)进行连接，所述传输光纤(4)为长距离传输光纤且长度为1km～10km。

7.根据权利要求1或2或3所述的一种快速响应式光纤布拉格光栅湿度传感器系统，其特征在于：所述波分复用器(3)为光纤波分复用器，所述光纤波分复用器为1480nm/1550nm波分复用器或980nm/1550nm波分复用器。

8.一种如权利要求1-7所述快速响应式光纤布拉格光栅湿度传感器系统的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：调节光源(1)输出的光功率，所述光源(1)输出的加热光从所述波分复用器(3)的一端入射，同时，所述解调设备(2)输出的信号光从所述波分复用器(3)的另一端端入射，所述光源(1)的加热光和所述解调设备(2)的信号光合并后从所述波分复用器(3)的COM端输出后进入FBG湿度传感器(5)；

步骤2：将所述FBG湿度传感器(5)放置于不同的温湿度环境中，并在其中放置一个经过计量的标准温湿度计，通过比对温度FBG及湿度FBG的中心波长与标准温湿度计输出的温、湿度值，进行拟合计算后得到所述FBG湿度传感器(5)的温度、湿度灵敏度系数及温度-湿度计算方程，再利用所述温度、湿度灵敏度系数将从解调设备中得到的FBG波长数据转换为环境湿度值。

9.一种如权利要求8所述的快速响应式光纤布拉格光栅湿度传感器系统应用方法，其特征在于：所述步骤1中，所述光源的输出光功率范围为100mW至2W；所述光源(1)输出加热光的工作波长范围与所述解调设备(2)输出的宽带信号光的工作波长范围错开，所述所述光源(1)的加热光和所述解调设备(2)的信号光合并后从所述波分复用器(3)的COM端输出后通过传输光纤(4)进入FBG湿度传感器(5)，所述传输光纤(4)的长度L为1～10km且FBG湿度传感器中的湿度FBG及温度FBG的中心波长的变化范围应包含在解调设备输出的信号宽带光的波长范围内。

10.一种如权利要求9所述的快速响应式光纤布拉格光栅湿度传感器系统应用方法，其特征在于：所述步骤1中，由传输光纤(4)及FBG温湿度传感器(5)组成光纤阵列，所述加热光通过传输光纤(4)后对FBG湿度传感器中的湿度FBG及温度FBG进行加热，所述信号光通过传输光纤(4)后在光纤阵列上的各个FBG上产生反射形成反射光波，所述反射光波分别经过传输光纤(4)、波分复用器(3)后从波分复用器(3)再次进入解调设备(2)中，利用解调设备(2)完成对光纤阵列上各个FBG的中心波长解调。