[发明专利]基于长周期光纤光栅的温度和葡萄糖浓度双参数传感的测量葡萄糖浓度的方法

摘要

本发明提供了一种基于长周期光纤光栅的温度和葡萄糖浓度双参数传感，根据长周期光纤光栅对外界环境折射率的变化非常敏感的特性，采用飞秒直写长周期光纤光栅，通过严格控制其光栅参数，使其具备对所述葡萄糖浓度具有不同灵敏度的光栅结构以及空腔结构，当宽带光源进入长周期光纤光栅时，透射谱中存在两个明显的衰减峰，当浓度或者温度变化时，两个特征波长将具有不一样的偏移量，通过计算长周期光纤光栅的谐振波长以及空腔结构的谐振波长分别与温度和待测溶液浓度的关系，组成方程组即可同时测得葡糖糖浓度和温度。

主权项

1.一种基于长周期光纤光栅的温度和葡萄糖浓度双参数传感的测量葡萄糖浓度的方法，包括如下步骤：/nS1：利用飞秒激光器的飞秒激光在单模光纤上逐点刻写长周期光纤光栅；/nS2：利用飞秒激光能量聚焦的方式在光纤端面刻写微孔，通过熔接的方式，获得空腔结构；/nS3：将长周期光纤光栅放入不同浓度的葡萄糖溶液中，采用ASE宽带光源照射长周期光纤光栅；/nS4：通过光谱仪接收并分析长周期光纤光栅的透射谱，从而实现同时对葡萄糖溶液浓度和温度的测量，所述长周期光纤光栅的谐振波长以及空腔结构的谐振波长分别与温度和待测溶液浓度的关系的计算过程具体如下：/n由长周期光纤光栅的谐振波长可表示为：/n /n其中，为纤芯导模有效折射率，为包层模有效折射率，由于长周期光纤光栅的透射波长只与温度和溶液浓度有关，则长周期光纤光栅谐振波长λ₁，可表示为温度和折射率n的函数：/nλ₁＝λ(T,n) (2)/n而空腔结构的谐振波长为：/n /n由(3)式可得，谐振波长与温度和待测溶液折射率的关系分别为：/n /n /n其中，L为空腔的长度，α为热膨胀系数，ξ为热光系数，n_a为空腔折射率，n_c为包层折射率；/n则空腔结构的谐振波长也与温度和折射率有关，即：/nλ₂＝λ(T,n) (6)/n再将折射率换为待测液浓度，就可以同时测得葡萄液浓度和温度；/n对(2)式或(6)式进行泰勒展开，略去高阶项可得：/n /n其中(T₀,n₀)为参考量，ΔT和Δn是相对变量，则为温度灵敏度K_T，为折射率的灵敏度K_n，为温度与折射率交叉灵敏度K_n-T，则上式可以变为：/nΔλ＝K_TΔT+K_nΔn+K_n-TΔTΔn (8)/n通过透射谱的两个衰减峰的偏移量Δλ₁和Δλ₂和列二维矩阵可以测得葡萄糖浓度和温度；/n /n其中，j₁、j₂分别代表一号衰减峰和二号衰减峰的温度灵敏度，k₁、k₂分别代表一号衰减峰和二号衰减峰的折射率灵敏度；通过测得两衰减峰分别对温度和折射率的灵敏度就可以测得葡萄糖浓度和温度。/n