[发明专利]一种用于湿度和温度同时测量的准分布式FBG传感器

说明书

本发明公开了一种用于湿度和温度同时测量的准分布式FBG传感器，所述传感器包括湿度光纤光栅(106)、温度光纤光栅(109)和封装组件，封装组件包括带孔管件、固定棒与固定件，湿度光纤光栅是指涂覆湿度敏感材料的光栅，将湿度光纤光栅和温度光纤光栅的一端固定在固定棒上，另一端保持应力松弛；用固定件将上述固定棒固定在带孔管件的中央；设有光纤护套(103)与湿度光纤光栅和温度光纤光栅的尾部相连。光纤光栅通过光纤跳线连接FBG解调仪，通过监测两种光纤光栅的波长变化，即可实现湿度和温度的同时测量。具有精度高，灵敏度高，响应速度快，稳定性好，机械性能优异等优点。

技术领域

本发明涉及一种用于湿度和温度同时测量的准分布式FBG传感器，属于环境湿度监测领域。

背景技术

湿度是一个重要的环境参量，它的测量对航空航天、采矿、医药、食品、农业、石化、电力等领域具有重要意义。目前常用的湿度传感器主要有电解质型湿度传感器、陶瓷型湿度传感器及高分子型湿度传感器，这些传感器均存在一定的局限性。电解质型湿度传感器湿滞严重，测湿量程小，抗污性和耐久性差；陶瓷型湿度传感器精度不高、难以集成化；电容或电阻类高分子湿度传感器的测量结果易受环境温度影响。

近年来，光纤感测技术因其具有体积小、抗电磁干扰、低成本、长距离分布式测量、耐久性好等优势受到了众多学者的关注，利用该技术可实现对湿度的大范围实时测量。FBG因其稳定的性能和成熟的刻写工艺成为应用范围最广泛的光纤种类之一。FBG对温度和应力敏感，反射光波长随温度、应力的变化产生线性漂移。FBG本身对环境湿度不敏感，若在光纤表面涂覆一层湿度敏感材料，当环境湿度升高时，湿度敏感材料会吸收空气中的水分子发生体积膨胀，进而对FBG产生轴向应力，引起中心波长的漂移，在温度已知的条件下即可实现湿度的测量。

目前常见的湿敏材料有聚酰亚胺、聚乙烯醇、PMMA等，如中国专利201810780619.7公开了“光纤湿度传感器、制作方法、数据处理方法及采集装置”，该专利中的FBG涂覆有聚酰亚胺涂覆层，能响应湿度和温度的变化，但聚酰亚胺所需的响应时间较长、湿度灵敏度系数不高、且PI制作工艺复杂，固化温度及固化时间会影响湿敏元件的湿敏特性。中国专利201921507331.9公开了“一种基于聚乙烯醇薄膜的全光纤湿度传感装置”，该专利将聚乙烯醇溶液滴在光纤光栅上，经过干燥处理后形成聚乙烯醇薄膜，当外界环境的湿度发生变化时，聚乙烯醇薄膜能够快速吸收和解析周围的水分，与外界湿度达到平衡，由此引起微纳光纤光栅的波长发生漂移，但聚乙烯醇的制作工艺复杂，与湿度之间的线性度一般，测量精度较低，稳定性较差、湿滞性较差，无法满足现在的测量要求。

如何克服现有技术所存在的不足，研发一个制作工艺简单、可批量生产、测量精度高、响应速度快、稳定性好的湿度传感器已成为当今环境湿度技术领域中亟待解决的重点难题之一。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种用于湿度和温度同时测量的准分布式FBG传感器。该FBG传感器的制作工艺简单，抗电磁干扰，能够对湿度和温度进行准分布式的实时监测，具有测量精度高，线性度好，灵敏度高，响应速度快，稳定性好，机械性能优异等突出的优点。

为了解决上述技术问题，本发明技术方案是，一种用于湿度和温度同时测量的准分布式FBG传感器，所述传感器包括湿度光纤光栅106、温度光纤光栅109和封装组件，封装组件包括带孔管件、固定棒与固定件，湿度光纤光栅是指涂覆湿度敏感材料的光栅，将湿度光纤光栅106和温度光纤光栅109的一端固定在固定棒上，另一端保持应力松弛；用固定件将上述固定棒固定在带孔管件的中央；设有光纤护套103与湿度光纤光栅106和温度光纤光栅109的尾部相连。

所述的湿度光纤光栅106的栅区长度为10±4mm，湿度光纤光栅的光栅区域涂覆的湿度敏感材料为涂覆的厚度约30±5μm，涂覆的长度约15±5mm，能同时响应温度和湿度的变化。湿度敏感材料为吸湿材料，如为