[发明专利]一种湿度FBG探头、温湿度FBG探头及测量系统

说明书

本发明涉及一种湿度FBG探头、温湿度FBG探头及测量系统，包括基座、碳纤维条和从内到外依次卷绕成卷尺状的湿敏金属游丝，所述基座用于实现支撑。所述湿敏金属游丝处于内圈的一端与基座固定，湿敏金属游丝处于外圈的一端为活动端，所述湿敏金属游丝在不同湿度下的应力不同，以使得湿敏金属游丝沿卷绕方向发生形变。碳纤维条，所述碳纤维条的一端与基座固定，另一端相对于基座悬空，所述碳纤维条上固设有挠变FBG，所述挠变FBG能够随碳纤维条发生同步形变；所述湿敏金属游丝的活动端与碳纤维条悬空的一端连接，以使得湿敏金属游丝能够将自身因湿度变化产生的形变传递给碳纤维条，所述挠变FBG能够随碳纤维条发生同步形变，以改变输入挠变FBG中激光的波长。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种湿度FBG探头、温湿度FBG探头及测量系统。

背景技术

在现今市场，电子温湿度传感器以其低成本、响应速度快、信号便于处理等优点，在市场上仍处于主导地位。然而，电子传感器存在互换性差和长期稳定性不足等缺点，很难应用于电工电力、石油化工等存在易燃易爆恶劣环境的领域。

光纤光栅式温湿度传感器是随着光纤通讯技术发展起来的一种新型温湿度传感器，与传统电学式温湿度传感器相比，具有抗电磁干扰，电绝缘性好、动态范围大等优点，并且传感部分质量轻，体积小，结构和几何形状多样化，易于复用组网实现实时、在线、分布式传感。

发明人了解到，目前光纤传感器作为温度和湿度敏感元件，再利用干湿法组成温度和相对湿度传感探头，可以做到敏感元件全光纤化，但探头后期维护繁琐，需加水制造湿部环境。有部分技术方案中光纤光栅或多模光纤外部涂覆湿敏材料，也可以对湿度进行测量。但工艺上对涂覆层的材料和厚度有着严格的要求。生产湿敏传感器会造成产品合格率低，成本比较高。采用多模光纤方式的湿敏传感器同时也无法长距离地进行湿度测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种湿度FBG探头、温湿度FBG探头及测量系统，能够解决现有湿敏传感器、温湿敏传感器的维护繁琐、合格率低等问题。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供一种湿度FBG探头，包括基座、碳纤维条和从内到外依次卷绕成卷尺状的湿敏金属游丝，所述基座用于实现支撑。

所述湿敏金属游丝处于内圈的一端与基座固定，湿敏金属游丝处于外圈的一端为活动端，所述湿敏金属游丝在不同湿度下的应力不同，以使得湿敏金属游丝沿卷绕方向发生形变。

所述碳纤维条的一端与基座固定，另一端相对于基座悬空，所述碳纤维条上固设有挠变FBG，所述挠变FBG能够随碳纤维条发生同步形变；所述湿敏金属游丝的活动端与碳纤维条悬空的一端连接，以使得湿敏金属游丝能够将自身因湿度变化产生的形变传递给碳纤维条，所述挠变FBG能够随碳纤维条发生同步形变，以改变输入挠变FBG中激光的波长。

作为本发明第一方面的进一步限定，所述挠变FBG两端不具有光栅的区域为连接段，所述连接段用于连接碳纤维条。

作为本发明第一方面的进一步限定，所述碳纤维条的延伸方向与挠变FBG的延伸方向相同，所述湿敏金属游丝设置在碳纤维条相对于基座悬空的一侧。

本发明的第二方面提供一种温湿度FBG探头，包括所述的湿度FBG探头，还包括温补FBG，所述温补FBG通过基座支撑，所述温补FBG能够在温度变化时产生沿温补FBG延伸方向的形变，以改变通过温补FBG的激光波长；

所述温补FBG与挠变FBG串联在同一光纤中。

本发明的第三方面提供一种温湿度测量系统，包括所述的温湿度FBG探头，所述光纤的一端连接有激光发生装置，另一端连接有激光信号处理设备，所述激光信号处理设备能够根据激光波长的变化，得出基座处温度和湿度的信息。

以上一个或多个技术方案的有益效果为：